C 2 : Protection des biens et des personnes Etude des schémas de liaison à la terre T.D. Page 1 Objectifs du travail dirigé: - Fonction Protection des personnes. En présence d’un système d’alimentation en énergie (domaine domestique ou industriel), le cahier des charges étant fourni: Identifier un régime du neutre, Identifier les matériels qui concourent à assurer la protection, Valider la conformité de la protection. Documents ressources: - Courbes de sécurité, - Courbes de déclenchement des différents disjoncteurs. Acquis Préalables: - La protection par disjoncteur, - Présentation des schémas de liaison à la terre. Le but du TD est de mettre en évidence le rôle des schémas de liaison à la terre dans le cadre de la protection des personnes. Chaque exercice doit suivre la démarche vue en cours pour répondre à la question commune aux trois schémas de liaison à la terre : La protection des personnes est-elle assurée en cas de défaut d’isolement ? A – Schéma de liaison à la terre TT Soit une installation triphasée dont les données sont les suivantes : Données : Réseau 230 V / 400 V Conditions BB1 Rn = 5 Ω, Ru = 10 Ω Q1 : Disjoncteur magnéto-thermique de calibre 8A C60N courbe C Q1 L1 L2 L3 N PE Rn Ru Un défaut franc apparaît entre la phase 3 et la masse du récepteur. T.D. Page 2 C 2 : Protection des biens et des personnes Etude des schémas de liaison à la terre La sécurité des personnes est-elle assurée ? Répondre en appliquant la démarche proposée. A-1 Proposer un schéma modélisé de la boucle du courant de défaut. A-2 En déduire la valeur du courant Id. A-3 Une personne touche la carcasse du récepteur et le sol, en déduire la tension de contact Uc à laquelle est soumise la personne. A-4 Y-a-t-il danger pour la personne sachant les conditions d’humidité du local sont BB1. A-5 Quel est l’effet physiologique de cette tension de contact sur l’organisme (Rh = 1000Ω) ? A-6 La protection des personnes est-elle assurée par le disjoncteur Q1 ? Pour répondre à cette question donner le temps de déclenchement de Q1 et le comparer avec la durée maximale de contact que peut supporter la personne. On choisit d’associer à Q1 un bloc différentiel (DDR) de sensibilité I∆n = 500 mA de type AC. A-7 La protection des personnes est-elle assurée par le DDR ? Pour répondre à cette question déterminer si le DDR est sensible au courant de défaut et, si oui, son temps de déclenchement est compatible avec les courbes de sécurité. A-8 Conclure sur le mode de protection des personnes à adopter en SLT TT. Temps de déclenchement des DDR Ι∆n Td en ms Classe AC 2 x Ι∆n Min Max 5 30 5 x Ι∆n Min Max 5 20 10 x Ι∆n Min Max 5 20 Min 10 Max 30 10 30 5 20 5 10 5 10 140 450 75 160 55 120 50 120 instantané Classe A instantané Classe S sélectif C 2 : Protection des biens et des personnes Etude des schémas de liaison à la terre T.D. Page 3 B – Schéma de liaison à la terre TN Soit une installation triphasée dont les données sont les suivantes : Données : Réseau 230 V / 400 V Conditions BB1 Rn = 5 Ω Q1 : Disjoncteur magnéto-thermique de 50 A NC100H courbe D. Q1 L1 L2 L3 N PE Rn Un défaut franc apparaît entre la phase 3 et la masse du récepteur. Le récepteur est alimenté par un câble long de 200 m, de section 50mm² en cuivre (ρ = 22.5 10-3 Ω.mm²/m). Les sections des phases et du PE sont identiques. La sécurité des personnes est-elle assurée ? Répondre en appliquant la démarche proposée. B-1 Proposer un schéma modélisé de la boucle du courant de défaut. B-2 D’après ce schéma par quoi est limitée la valeur du courant de défaut ? De quel type de courant s’agit-il ? B-3 On considère qu’une chute de tension intervient de 20 % au niveau de Q1, en déduire à l’aide du schéma équivalent l’expression littérale de Id. B-4 Un conducteur possède une résistance en Ohms dépendant de sa longueur L en mètres, de sa section S en mm² et de sa résistivité en fonction de la nature du matériau ρ en Ω.mm²/m, donner la formule de la résistance R d’un conducteur. B-5 En déduire la valeur Rph du conducteur de phase et Rpe valeur du conducteur PE. B-6 Calculer la valeur de Id. B-7 A l’aide du schéma modélisé, donner l’expression littérale de Uc et la calculer. B-8 Y-a-t-il danger pour la personne sachant les conditions d’humidité du local sont BB1. B-9 Donner la durée maximale de contact que peut supporter une personne. B-10 Le disjoncteur va-t-il réagir au courant de défaut Id, si oui, quel dispositif et en combien de temps ? B-11 Le disjoncteur magnéto-thermique assure-t-il la protection des personnes. B-12 Conclure sur la protection des personnes en régime TN. T.D. Page 4 C 2 : Protection des biens et des personnes Etude des schémas de liaison à la terre C – Schéma de liaison à la terre IT Soit l’installation triphasée dont les données sont les suivantes : Données : Réseau 230 V / 400 V Conditions BB1 Ru = 10 Ω Neutre Impédant de valeur ZRES = 3422 Ω Q1 : Disjoncteur magnéto-thermique de calibre 60A C60L courbe B. Q1 L1 L2 L3 N PE Zres 1 2 Ru Un PREMIER défaut franc apparaît entre la phase 3 et la masse du récepteur 1. La sécurité des personnes est-elle assurée ? Répondre en appliquant la démarche proposée. C-1 Proposer un schéma modélisé de la boucle du courant de défaut. C-2 D’après ce schéma par quoi est limitée la valeur du courant de défaut ? C-3 Quelles grandeurs pourra négliger dans ce cas ? C-4 A l’aide du schéma modélisé, donner l’expression littérale de Id et le calculer. C-5 A l’aide du schéma modélisé, donner l’expression littérale de Uc et la calculer. C-6 Y-a-t-il danger pour la personne sachant les conditions d’humidité du local sont BB1. C-7 Conclure sur la protection des personnes en régime IT lors de la présence d’un premier défaut. T.D. Page 5 C 2 : Protection des biens et des personnes Etude des schémas de liaison à la terre Un DEUXIEME défaut franc apparaît sur la phase 2 du récepteur 2, le défaut précédent est toujours présent. Les masses sont interconnectées entre elles à une même prise de terre Ru. Les sections des phases et du PE sont identiques de valeur 50mm² et en cuivre (ρ = 22.5 10-3 Ω.mm²/m). 150 m 100 m Q1 L1 L2 L3 N 10 m PE 1 2 Ru C-8 Proposer un schéma modélisé de la boucle du nouveau courant de défaut Id2. C-9 D’après ce schéma par quoi est limitée la valeur du courant de défaut ? C-10 De quel type de courant s’agit-il ? C-11 On considère qu’une chute de tension intervient de 20 % au niveau de Q1, à l’aide du schéma modélisé, donner l’expression littérale de Id2. C-12 Calculer à l’aide des données les valeurs de Rph3, Rph2 et Rpe. C-13 Calculer la valeur de Id2. C-14 Une personne touche la carcasse du récepteur 1, à l’aide du schéma modélisé, donner l’expression littérale de Uc1T et la calculer. C-15 Une personne touche la carcasse du récepteur 2, à l’aide du schéma modélisé, donner l’expression littérale de Uc2T et la calculer. C-16 Quelles sont les situations dangereuses pour les personnes sachant les conditions d’humidité des locaux sont BB1. C-17 Le disjoncteur va-t-il réagir au courant de défaut Id, si oui, quel dispositif et en combien de temps ? C-18 La protection des personnes est-elle assurée par le disjoncteur magnéto-thermique Q1 en cas de double défaut ? Avec un SLT IT, on utilise un Contrôleur Permanent d’Isolement C.P.I qui indique le niveau d’isolement de l’installation par rapport à la terre, si cet isolement est défaillant, il le signale par un signal visuel (voyants) et sonore (type klaxon). C-19 Quel est l’intérêt de cet appareil pour une installation protégée par le SLT IT. C 2 : Protection des biens et des personnes Etude des schémas de liaison à la terre Document ressources Courbes de sécurité Effets du courant sur le corps humain Document ressources Courbes de déclenchement des disjoncteurs T.D. Page 6