DOSSIER eutre moyenne tension et normes internationales Mots

DOSSIER
eutre moyenne tension
et normes internationales
Mots clés :
MT, HTA, HTB,
Normes CEI.
par Jean BERGEAL, Fahd SULTANEM,
EDF, Direction des études et recherches.
Si aucune norme internationale
ne recommande un régime pour
le neutre en moyenne tension, il en
existe plusieurs qui imposent des
contraintes aux concepteurs de réseaux.
INTRODUCTION
Très tôt, l'utilisation de l'énergie électrique s'est accom-
pagnée de la mise en place de réglementations et de
normes destinées à assurer la sécurité des usagers et la
compatibilité des matériels.
La distribution de l'énergie électrique est régie par un
ensemble de normes engageant les distributeurs non seule-
ment à assurer au mieux la sécurité des usagers de leur
réseau, mais aussi à garantir la qualité de leur produit, la
fiabilité de leur réseau ainsi que son intégration dans
l'environnement.
De plus, l'ouverture des marchés et la mondialisation des
échanges ont rendu nécessaires le rapprochement des régle-
mentations des différents pays. Cette harmonisation pro-
gresse lentement en raison des différences qui existent
entre les systèmes électriques et qui résultent souvent
d'options techniques très anciennes difficiles à réviser à
courte échéance.
C'est dans ce contexte global que nous analysons dans
cet article les normes internationales qui ont un impact sur
le choix du régime du neutre MT. Celui-ci a un rôle impor-
tant sur le respect des normes de sécurité et de compatibili-
té électromagnétique lorsque le réseau est en situation de
défaut. Nous montrerons plus particulièrement que la tech-
nique du neutre compensé peut contribuer à la résolution
d'un certain nombre de difficultés.
LA SÉCURITÉ EST UNE QUALITÉ
IMPLICITE DU PRODUIT ÉLECTRICITÉ
Bien que les risques encourus par les clients, du fait de
leur alimentation électrique, soient très faibles, comparés
aux autres risques de la vie moderne (circulation automobi-
le, par exemple), ils n'en apparaissent pas moins totale-
ment inacceptables.
Plusieurs normes internationales ont un impact sur
le régime du neutre en moyenne tension, soit
parce qu'elles introduisent des concepts fonda-
mentaux pour les réseaux (normes horizontales),
soit parce qu'elles traitent des installations et des
produits (normes verticales).
Le choix d'un régime de neutre MT fait partie des
éléments qui permettent de respecter les normes
horizontales, qui portent sur la protection des
biens et des personnes, et sur la compatibilité
électromagnétique. Ces concepts se traduisent
dans les textes des normes verticales d'installations
et de produits.
International standards can influence the choice of
medium-voltage neutral point connection in a
number of ways : through " horizontal standards "
that specify basic network concepts, and through
" vertica ! standards " that stipulate on installations
and appliances.
The choice of a neutral point connection system
will inevitably have a bearing on compliance with
horizontal standards concerning protection of life
and property and electromagnetic compatibility.
And the same concepts are also addressed by ver-
tical standards governing installations and
appliances.
La protection et la sécurité des personnes et des biens
alimentés par les réseaux électriques ou situés dans leur
environnement, en toutes circonstances, et notamment lors
des défauts qui tes affectent est donc ressentie comme une
nécessité essentielle, incontournable à laquelle doivent
satisfaire les réseaux. Cette maîtrise fait intrinsèquement
partie, dans l'esprit du public, des comportements garantis
et incontestés des réseaux.
Repris par le législateur et les normalisateurs, ces
concepts sont à la base des réglementations et des
normes relatives à l'insertion des réseaux dans l'environ-
ncment.
REE

LE RÉGIME DU NEUTRE EN MOYENNE TENSION
LE RÉGIME DU NEUTRE MT
ET LE MAINTIEN DE LA SÉCURITÉ
EN SITUATION DE DÉFAUT
Sur les réseaux européens de distribution le conducteur
neutre-terre MT n'est pas distribué car l'alimentation des
clients MT en monophasé n'est pas pratiquée. En consé-
quence, l'impact du régime de neutre MT sur la desserte
des clients, en régime normal, c'est-à-dire hors défaut, est
tout à fait marginale. Ce n'est donc qu'en situation de
défaut qu'intervient le régime du neutre MT.
Quoique exceptionnelles, les situations de défaut ont tou-
tefois un caractère inéluctable. Ils doivent être analysés et
pris en compte, qu'ils soient causés par des tiers, par des
phénomènes atmosphériques, tels que la foudre, ou bien
encore qu'ils soient consécutifs au vieillissement de cer-
taines portions des équipements placées dans des condi-
tions quelquefois plus contraignantes que celles prévues
dans les spécifications techniques.
Lorsque les défauts se produisent, deux problèmes se
posent :
. les détecter et les éliminer,
. assurer, pendant toute leur durée, et quelque soit leur
siège, la sécurité, tant des personnages que des matériels,
dans leur voisinage.
Deux types de défauts sont susceptibles de survenir.
- Les défauts polyphasés
Circonscrits dans un lieu donné, ils se caractérisent par
des surintensités. Faciles à détecter, leur élimination est
rapide. Les risques qu'ils font courir à l'environnement
sont liés à ces surintensités et à l'énergie dégagée (risques
d'incendie, de brûlures suite au rayonnement calorifique,
etc.). Le caractère polyphasé de ces défauts est indépendant
du régime de neutre. Certains ont pour origine un défaut
monophasé qui a évolué ensuite, en polyphasé. On a obser-
vé dans ce cas que le taux d'évolution de ces défauts
dépendait du régime de neutre MT.
- Les défauts monophasés
Caractérisés par une rupture de l'isolement entre une
phase et la terre, ces défauts injectent dans l'environnement
un courant qui se referme au poste source et en réseau par
l'intermédiaire du neutre du réseau.
Ils affectent donc l'environnement local par les surten-
sions qu'ils créent dans les divers éléments du réseau et
doivent être pris en compte dans la coordination des isole-
ments des matériels et des réseaux voisins ainsi que dans la
protection des personnes.
Ces derniers défauts sont éminemment dépendants du
courant qui les traversent et de la puissance et de l'énergie
susceptibles d'y être dissipées. Ils sont donc directement
liés au régime de neutre MT qui peut, selon le choix effec-
tué, faire passer la puissance maximale du générateur de
défaut équivalent, en réseau 20 kV, de quelques kVA en
compensé peu amorti et bien accordé, à quelques dizaines
de MVA dans le cas de neutre direct à la terre... soit une
dynamique de l'ordre de 10 000.
LES NORMES AYANT UN IMPACT SUR
LE CHOIX DU RÉGIME DU NEUTRE MT
Même si le choix du régime du neutre MT n'est pas trai-
té directement par les normes, et reste complètement du
ressort du concepteur de réseau, il est incontestable qu'un
certain nombre de normes fondamentales intluent sur ce
choix et imposent des contraintes incontournables aux dis-
tributeurs d'énergie électrique.
L'occurrence de défaut sur le réseau MT est souvent à
l'origine de surtensions transmises aux installations BT. La
maîtrise de ces surtensions est un élément important pour
assurer la sécurité des usagers et des matériels raccordés au
réseau de distribution. Sans intervenir dans les choix tech-
niques qui restent du ressort du distributeur, les normes
fixent les limites qui serviront d'hypothèses de base aux
études techniques. Elles permettent de coordonner les
mesures destinées à protéger les personnes et les biens avec
les surtensions susceptibles d'être transmises par le réseau.
Les normes qui ont un impact sur le régime du neutre
sont donc celles qui s'appliquent même lorsque le réseau
est en situation de défaut. Elles peuvent être classées en
deux catégories :
- les normes horizontales qui introduisent les concepts
fondamentaux ;
- les normes d'installation et des normes de produits qui
précisent les méthodes de mise en oeuvre des concepts élec-
trotechniques : que faut-il prendre en compte et comment ?
Les normes horizontales
Ce sont des normes qui fixent les limites de certaines
grandeurs physiques ayant un impact important sur la sécu-
rité des personnes et des biens ou sur la compatibilité des
réseaux avec leur environnement électromagnétique. Le
respect de ces limites, en toutes circonstances, impose au
concepteur du réseau de distribution des contraintes qu'il
doit maîtriser par divers moyens, dont le choix du régime
du neutre MT.
La protection des personnes
La publication CEI 479-1 « Effet du courant passant par
le corps humain » (voir bibliographie [1]) est aujourd'hui
le document de référence en matière de sécurité électrique.
Cette publication introduit notamment la courbe de la figu-
re 1 qui précise les limites du temps de passage du courant
électrique dans le corps humain en fonction de son ampli-
tude. Le respect de cette courbe permet de limiter le risque
de fibrillation ventriculaire à un niveau acceptable.
La CEI 479-1 définit aussi l'impédance du corps humain
en fonction du chemin de passage du courant.
Cette publication fondamentale de sécurité a été élaborée
par le comité d'études 64 de la CEI, comité pilote dans le
domaine de la protection contre le choc électrique. Elle
s'applique dans tous les environnements.
REE
^o 0
32 19) 6

Neutre moyenne tension et normes internationales
1. Zones temps/courant des etf'ets
;'/MCOt «'af ! faenMh/du courant alternatif
(15 a 100 Hz,) sur les lei-,onnes
d' (il) i-ès 1 (i CEI 479-1. La courbe
eu trait pleiii iiidiqtte la Iiiiiite de
sécurité. Le loiiit 500 niall 00 iiis
correspond à nne probabilité de
fibrillation (le l'ordre de 0, 14 %.
b C, C2 c
5000
2000 \ \
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" 1 5 10 20 50 100
Cmnt pa » ant par le ps ta M 1 CM 2 000Som ionm
",,'
En effet, que l'on se préoccupe de protections de réseaux
HT, MT ou BT ; qu'il s'agisse de réseaux publics ou de
réseaux intérieurs aux installations des clients, qu'il s'agis-
se de protéger le personnel de l'entreprise de distribution
ou le public, il est évident que la sensibilité de l'être
humain reste la même.
Il faut noter néanmoins que la mise en application de la
courbe de fibrillation continue à donner lieu à des interpré-
tations différentes. En effet, dans la pratique, la protection
contre le choc électrique est basée sur le concept de tension
de toucher. La relation entre cette tension et le courant
dépend non seulement de l'impédance du corps, mais aussi
de l'impédance interne du générateur de tension. Or ce
paramètre est souvent mal connu car il dépend de la boucle
de défaut.
La protection des biens
La norme CEI 664-1 intitulée : « Coordination de l'isole-
ment des matériels dans les systèmes (réseaux) à basse ten-
sion » [2] est la norme fondamentale en matière de coordi-
nation de l'isolement en BT. Cette norme est destinée à
guider les comités chargés de la normalisation des maté-
riels BT.
Elle définit :
les niveaux d'isolement des matériels en fonction de leur
tenue aux surtensions transitoires de type foudre
(tableau 1),
. tes distances minimales d'isolement dans l'air accep-
tables en fonction des critères d'environnement.
La coordination de l'isolement des matériels à haute ten-
sion est traitée par la norme CEI 71-1 [3] et son guide
d'application, la CEI 71-2 [4]. Cette norme est destinée à
l'usage des comités chargés de rédiger les normes du maté-
riel HT (réseau à tension nominale > 1 kV). Elle définit
notamment les niveaux d'isolement des matériels HT en
fonction des contraintes d'exploitation. Elle est importante
pour le concepteur de réseau, et a un impact indirect sur la
sécurité des usagers du réseau BT.
La compatibilité électromagnétique
L'utilisation croissante des matériels sensib) es, compor-
tant notamment des composants électroniques, a rendu
nécessaire la définition de règles fondamentales de compa-
tibilité électromagnétique. Un effort important a donc été
fourni au cours des dix dernières années afin de rédiger un
ensemble de normes de compatibilité électromagnétique
(CEM). Les normes CEI 1000-1-x à 1000-4-xx constituent
cet ensemble (une vingtaine actuellement). La Directive
européenne 89/336/CEE a renforcé le poids de ces normes
en rendant leur application obligatoire dans de nombreuses
situations.
Ces normes CEM ont introduit trois notions de base :
- un niveau de compatibilité des réseaux ; c'est la défini-
tion des performances du réseau en terme de limitation du
niveau de perturbation ;
- un niveau d'immunité des matériels ; il est forcément
situé au-dessus du niveau de compatibilité du réseau ;
- un niveau d'émission des matériels ; il est défini de
telle sorte que ceux-ci ne perturbent pas leur voisinage et
n'affectent pas anormalement le niveau de compatibilité du
réseau.
La norme européenne EN 50160 [5] « Caractéristiques
de la tension fournie par les réseaux de distribution
publics » complète le cadre normatif en matière de CEM
en définissant les caractéristiques auxquelles doit satisfaire
la tension au point de livraison, ce qui revient à imposer un
niveau de qualité de référence.
REE
? 2
191) (,

LE RÉGIME DU NEUTRE EN MOYENNE TENSION
Tableau J.- Teiisioti assigiiée de choc pour les iiatériels aliiiientés par le réseau d'après la iioriiie CEI 664-1
Tension nominale du réscau
d'alimentation
(Volts)
Tension hase-neutre déduite des
tensions nominales c.a. ou c.c. jusqu'à
etycompris
(Volts)
Triphasé Monophasé
Tension assignée de choc
(Volts)
catégories de surtensions
1 II III IV
120-240
230/400-277/480
400/690
1 000
50
100
150
300
600
1 000
330 500 800 1 500
500 800 1 500 2500
800 1 500 2 500 4 000
1 500 2500 4000 6000
2500 40 () 0 6000 8000
4000 6000 8000 12000
Définition des catégories de surtensions
. 1 : matériels pour raccordement aux circuits dans lesquels des mesures pour limiter les surtensions transitoires à un niveau faible
approprié sont prises (circuits électroniques protégés par exemple),
. II : matériels consommateurs d'énergie, alimentés par l'installation fixe (appareils électro-domestiques,...),
. III : matériels des installations fixes et dans le cas où la fiabilité et la disponibilité font l'objet de spécifications particulières
(prises de courant,...),
. IV : matériels à l'origine de l'installation (compteurs, fusible AD,...).
Dans un autre domaine, celui de la coexistence entre les
réseaux d'énergie et les autres réseaux, tels que les réseaux
de communication, des normes semblables sont en cours
d'élaboration pour définir les conditions de cohabitation
des réseaux et l'interfaçage des équipements. Citons à ce
titre plus particulièrement les travaux en cours aux comités
110 et 115 du CENELEC.
Le régime du neutre MT constitue donc un des éléments
qui permet de respecter les exigences de la CEM en maîtri-
sant la propagation des perturbations conduites sur le
réseau et plus particulièrement celle des surtensions (transi-
toires et temporaires à 50 Hz) et des creux de tension.
Les normes d'installation et les normes de
produit
La mise en oeuvre des concepts établis dans les normes
horizontales se concrétise dans les textes des normes d'ins-
tallation et des normes de produits. Les comités chargés de
rédiger ces normes ont pour mission d'adapter à leurs
applications les exigences des normes horizontales et de
proposer les solutions techniques permettant de les appli-
quer.
Etant donné qu'il est impossible de citer ici toutes les
normes concernées par cette démarche, on se limitera à
citer quelques exemples parmi les plus significatifs.
C>
La norme des installations électriques à basse
tension
La norme CEI 364 « Installations électriques dans les
bâtiments » précise les conditions de réalisation des instal-
lations BT pour assurer la sécurité des personnes et des
biens. Deux chapitres de cette norme ont un statut de publi-
cation fondamentale de sécurité. Il s'agit de la CEI 364-4-
41 « Protection contre le choc électrique » et la CEI 364-5-
54 « Mise à la terre et conducteurs de protection » [6]. Les
règles d'installation définies dans ces deux chapitres sont
basées sur l'application de la CEI 479-1. Elles visent à
limiter la tension de toucher à 50 V dans un local sec.
Le chapitre 364-4-42 [6] précise les contraintes de sur-
tension auxquelles les installations BT sont susceptibles
d'être soumises suite à un défaut MT. Il traite notamment
des surtensions transmises par couplages de terre MT/BT
en fonction des différents régimes de neutre BT (TT, TN
ou IT). Quel que soit le régime du neutre, ces surtensions
sont supposées limitées aux valeurs du tableau 2.
La norme CEI 364 met aussi en application les règles de
coordination de l'isolement de la CEI 664-1 en préconi-
sant, en fonction des emplacements, des matériels ayant
une catégorie de tenue au choc conforme aux valeurs du
tableau 1. Elle s'appuie aussi sur les publications CEI 536
[7] et CEI 536-2 « Classification des matériels électriques
et électroniques en ce qui concerne la protection contre les
chocs électriques ».
Tableau 2. - Niveau.r des surtensions temporaires en BT
définis pai- la iioriiie CEI 364-4-42.
Durée de la surtension
temporaire en secondes
t < 5
i > 5
Amplitude de la surtension
temporaire en Volts
(U,, + 1 200) volts, soit 1 430
volts.
( + 250) volts, soit 480 volts.
REE

Neutre moyenne tension et normes internationales
Sur le plan européen, la norme HD 384 a repris une
grande partie de la CEI 364. Ceci a permis d'harmoniser
dans les différents pays de la communauté les normes
d'installations nationales, telle que la NFC 15-100 en
France.
Il est important de signaler aussi les travaux en cours sur
la seconde édition de la CEI 1140 [8] « Protection contre
les chocs électriques - Aspects communs à la fois aux
installations et aux matériels ». Ce document, soumis
actuellement à l'approbation des comités nationaux, aborde
le problème de la protection avec une approche système. Il
constituera une norme fondamentale de sécurité regroupant
les règles de base des CEI 364-4-41 et 364-5-54 avec celles
des CEI 536 et CEI 536-2.
Les normes des installations électriques
à haute tension (> 1
Sur le plan international, il n'existe pas aujourd'hui de
normes sur les installations à haute tension. La CEI vient
juste de créer le comité d'étude 99, chargé de ce domaine.
Quant au CENELEC, qui avait démarré le travail sur ce
sujet dans le comité d'étude 112, ses efforts n'ont toujours
pas débouché et le projet de norme européenne prEN
50179 [91 n'a toujours pas abouti.
Le champ d'application du prEN 50179 avait été pour-
tant limité aux postes et à la réalisation des circuits de
terre, la réalisation des lignes aériennes et souterraines en
ayant été exclue.
Pour illustrer la difficulté liée à ce type de norme, rappe-
lons qu'en terme de régime de neutre et de comportement
de réseau en présence de défaut, elle doit concilier, rien
que pour l'Europe, des systèmes aussi variés que :
. le neutre direct à la terre des Britanniques,
. le neutre avec résistance de limitation espagnol ou fran-
çais,
. le neutre isolé, prépondérant en Italie,
. le neutre compensé avec déclenchement sur défaut des
Suédois,
. le neutre compensé exploité avec défaut maintenu (tech-
nique « Petersen ») en Allemagne, Suisse ou Europe
Centrale et du Nord.
La création récente du comité d'étude 99 de la CEI
constitue une nouvelle initiative visant à faire progresser ce
sujet. Néanmoins en déplaçant les travaux vers la CEI on a
élargi le nombre de pays concernés par la norme. Ce nou-
veau comité comprendra, en plus, des exploitants de
réseaux MT à neutre distribué de type nord-américain ou
australien, qui ont fait, eux aussi, des choix spécifiques.
Dans ces conditions, le risque est grand que la recherche
d'un consensus plus large vide encore un peu plus de sa
substance la norme finale attendue en aboutissant à des
règles basées sur des options minimales.
On notera enfin, que le comité 99 a décidé de s'appuyer
sur les travaux du TC 112 du CENELEC, mais en séparant
le sujet en trois normes :
. une norme pour les règles générales,
c 1-
. une norme pour les installations industrielles,
. une norme pour les installations de transport et de distri-
bution.
Cette séparation des réseaux industriels des réseaux
publics permettra de mieux tenir compte des impératifs
d'exploitation de chacun d'eux, et facilitera la recherche
d'un consensus.
Les normes nationales et les textes
réglementaires
C'est dans les normes nationales et les textes réglemen-
taires des différents pays que l'on peut trouver les textes
qui traitent directement du régime du neutre MT. En
France, par exemple, le sujet est traité dans le cadre de la
NFC 13-200 et de l'nrrêté du 2 avril 1991 fixant les condi-
tions techniques de la distribution d'électricité.
C'est probablement à cause des conséquences que risque
d'avoir une norme trop en rapport avec les pratiques
directes des exploitants de réseaux et des fabricants de
matériels, ou avec les normes nationales de sécurité, que le
prEN 50179 a rencontré des difficultés. En effet, l'objectif
de la normalisation étant d'harmoniser les niveaux de sécu-
rité fournis par les différentes pratiques, en définissant des
règles communes qui s'appliquent à tous, l'obtention d'un
consensus en ces domaines pourrait se révéler être un
objectif difficile à atteindre.
En effet, à mesure que l'on s'approche des techniques
d'exploitation des réseaux, voire des grandes options histo-
riques « symboliques », on est amené à remettre en cause
les choix en vigueur qui ont généralement servi de base
aux réglementations, arrêtés ou normes nationaux, ce qui
ne facilite pas l'émergence d'un accord. Les réseaux sont
de plus caractérisés par une longue durée de vie, ce qui
implique une inertie certaine et rend difficile les remises en
cause ou même tout simplement l'utilisation de nouvelles
techniques.
LES NORMES, UN CADRE DE
COHÉRENCE POUR LA CONCEPTION
DES RÉSEAUX ET DES INSTALLATIONS ET
POUR LA CIRCULATION DES MATÉRIELS
La normalisation a permis de traiter dans un cadre de
cohérence globale la sécurité et la compatibilité des
réseaux MT et BT ainsi que les installations BT des clients.
L'obtention d'un consensus sur la nature des phénomènes
existants à prendre en compte a permis sans doute de pro-
gresser.
Pour les experts, le travail normatif a permis une
meilleure connaissance des diverses pratiques et normes
des autres pays. Il s'est avéré éminemment porteur de pro-
grès.