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..........................................................................Collection
Technique
Cahier technique n 172
Les schmas des liaisons laterre en BT (rgimes du neutre)
B. LacroixR. Calvas
n Merlin Gerin n Modicon n Square D n Telemecanique
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Les Cahiers Techniques constituent une collection dune centaine
de titresdits lintention des ingnieurs et techniciens qui
recherchent uneinformation plus approfondie, complmentaire celle
des guides, catalogueset notices techniques.Les Cahiers Techniques
apportent des connaissances sur les nouvellestechniques et
technologies lectrotechniques et lectroniques. Ils
permettentgalement de mieux comprendre les phnomnes rencontrs dans
lesinstallations, les systmes et les quipements.Chaque Cahier
Technique traite en profondeur un thme prcis dans lesdomaines des
rseaux lectriques, protections, contrle-commande et desautomatismes
industriels.Les derniers ouvrages parus peuvent tre tlchargs sur
Internet partirdu site Schneider.Code :
http://www.schneider-electric.comRubrique : matrise de
llectricitPour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres
disponibles contactezvotre agent Schneider.
La collection des Cahiers Techniques sinsre dans la Collection
Technique du groupe Schneider.
AvertissementL'auteur dgage toute responsabilit conscutive
l'utilisation incorrectedes informations et schmas reproduits dans
le prsent ouvrage, et nesaurait tre tenu responsable ni
d'ventuelles erreurs ou omissions, ni deconsquences lies la mise en
uvre des informations et schmascontenus dans cet ouvrage.
La reproduction de tout ou partie dun Cahier Technique est
autorise aprsaccord de la Direction Scientifique et Technique, avec
la mention obligatoire : Extrait du Cahier Technique Schneider n (
prciser) .
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Roland Calvas
Ingnieur ENSERG 1964 (Ecole Nationale Suprieure d'Electroniqueet
Radiolectricit de Grenoble) et diplm de l'Institutd'Administration
des Entreprises, il est entr chez Merlin Gerin en1966.Lors de son
parcours professionnel, il a t responsable commercial,puis
responsable marketing de l'activit protection des personnes.Il est
aujourd'hui en charge de la communication technique du
groupeSchneider.
n 172Les schmas des liaisons laterre en BT (rgimes du
neutre)
CT 172 dition septembre 1998
Bernard Lacroix
Ingnieur ESPCI 74 (Ecole Suprieure de Physique et
ChimieIndustrielle de Paris), il a travaill 5 ans chez Jeumont
Schneider oil a particip, entre autre, au dveloppement du variateur
de vitesse hacheur du TGV.Entr chez Merlin Gerin en 1981, il a t
successivement technico-commercial dans l'activit onduleur, puis
responsable commercial del'activit protection des personnes.Depuis
1991, il est en charge de la prescription dans le domaine de
ladistribution BT de Puissance.
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.2
Lexique
CEM : Compatibilit Electro MagntiqueCPI : Contrleur Permanent
dIsolementCR : protection Court Retard, (protection contreles
surintensits de court-circuit par disjoncteuravec dclencheur
rapide)DDR : Dispositif Diffrentiel RsiduelDLD : Dispositif de
Localisation de DfautDPCC : Dispositif de Protection contre
lesCourts-Circuits (disjoncteurs ou fusibles)Electrisation :
application d'une tension entredeux parties du corps
Electrocution : lectrisation qui provoque la mortGTB : Gestion
Technique des BtimentsGTE : Gestion Technique de la
distributiondEnergie lectriqueIn : seuil de fonctionnement dun
DDRUL : tension limite conventionnelle (tension decontact maximale
admissible) dite de scuritMT/HTA : Moyenne Tension : 1 35 kV selon
leCENELEC (circulaire du 27.07.92) - HauteTension de classe A : 1
50 kV selon le dcretfranais du 14.11.88
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.3
Les schmas des liaisons la terre enBT (rgimes du neutre)
Ce Cahier Technique rappelle les risques, lis aux dfauts
d'isolement,pour la scurit des personnes et des biens. Il met
l'accent sur l'influencedu Schma des Liaisons la Terre -SLT- sur la
disponibilit de l'nergielectrique.Il prsente les trois SLT dfinis
par la norme CEI 60364 et employs desdegrs diffrents dans tous les
pays.Chaque SLT, encore appel rgime du neutre est examin en terme
desret (scurit, maintenabilit et disponibilit).Il n'y a pas de
mauvais SLT, tous assurent la scurit des personnes. Ilsont chacun
des avantages et des inconvnients et c'est l'expression dubesoin
qui doit guider le choix, hors prescription ou interdiction
normativeou lgislative.Le lecteur intress par les pratiques des
diffrents pays et l'volution desSLT est invit lire le Cahier
Technique n 173.
Sommaire1 Introduction 1.1 Evolution des besoins p. 4
1.2 Causes des dfauts d'isolement p. 41.3 Risques lis au dfaut
d'isolement p. 5
2 Les SLT et la protection des personnes p. 82.1 Mise au neutre
ou schma TN p. 92.2 Neutre la terre ou schma TT p. 102.3 Neutre
isol ou impdant, ou schma IT p. 113.1 Risque d'incendie p. 153.2
Risque de non disponibilit de l'nergie p. 15
4 Influences de la MT sur la BT, selon les SLT 4.1 La foudre p.
174.2 Les surtensions de manuvre p. 174.3 Un claquage MT-masse
interne au transformateur p. 184.4 Un claquage MT-BT interne au
transformateur p. 19
5 Appareillages lis au choix du SLT 5.1 SLT -TN- Mise au neutre
p. 205.2 SLT -TT- Neutre la terre p. 215.3 SLT -IT- Neutre isol de
la terre p. 215.4 Protection du neutre selon SLT p. 23
6 Choix du SLT et conclusion 6.1 Mthodologie pour choisir le SLT
p. 256.2 Conclusion p. 26
7 Bibliographie p. 27
3 Les SLT et les risques d'incendie etde non disponibilit de
l'nergie
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.4
1 Introduction
1.1 Evolution des besoinsAujourdhui les 3 SLT, longtemps
appelsrgimes du neutre tels que dfinis par lesnormes CEI 60364 et
NF C 15-100, sont :c la mise au neutre -TN- ;c le neutre la terre
-TT- ;c le neutre isol (ou impdant) -IT-.Ces trois schmas ont une
mme finalit enterme de protection des personnes et des biens :la
matrise des effets des dfauts disolement. Ilssont considrs comme
quivalents sur le plande la scurit des personnes contre les
contactsindirects.Il nen nest pas ncessairement de mme pourla sret
de linstallation lectrique BT en ce quiconcerne :c la disponibilit
de lnergie ;
1.2 Causes des dfauts d'isolementPour assurer la protection des
personnes et lacontinuit dexploitation, les conducteurs et lespices
sous tension dune installation lectriquesont isoles par rapport aux
masses relies la terre.Lisolement est ralis par :c lutilisation de
matriaux isolants ;c lloignement qui ncessite des
distancesdisolement dans les gaz (par exemple dans l'air)et des
lignes de fuite (concernant l'appareillage,par exemple chemin de
contournement d'unisolateur).Un isolement est caractris par des
tensionsspcifies qui, conformment aux normes, sontappliques aux
produits et aux quipementsneufs :c tension disolement (plus grande
tension durseau) ;c tension de tenue au choc de foudre(onde 1,2 ;
50 s) ;c tension de tenue la frquence industrielle(2 U + 1 000
V/1mn).Exemple pour un tableau BT de type PRISMA :c tension
disolement : 1 000 V ;c tension de choc : 12 kV.Lors de la mise en
service d'une installationneuve, ralise selon les rgles de l'art
avec desproduits fabriqus selon les normes, le risque dedfaut
disolement est trs faible ; linstallationvieillissant, ce risque
augmente.En effet, celle-ci est lobjet de diversesagressions qui
sont l'origine de dfautsdisolement, citons titre dexemple :
c durant linstallation :v la dtrioration mcanique de lisolant
duncble ;c pendant lexploitation :v les poussires plus ou moins
conductrices,v le vieillissement thermique des isolants d une
temprature excessive ayant pour causes :- le climat,- un nombre de
cbles trop important dans unconduit,- une armoire mal ventile,- les
harmoniques,- les surintensits...v les forces lectrodynamiques
dveloppes lorsdun court-circuit qui peuvent blesser un cble
oudiminuer une distance disolement,v les surtensions de manuvre, de
foudre,v les surtensions 50 Hz en retour rsultant dundfaut
disolement en MT.Cest gnralement une combinaison de cescauses
primaires qui conduit au dfautdisolement. Celui-ci est :c soit de
mode diffrentiel (entre les conducteursactifs) et devient un
court-circuit ;c soit de mode commun (entre conducteursactifs et
masse ou terre), un courant de dfaut -dit de mode commun, ou
homopolaire (MT)-circule alors dans le conducteur deprotection (PE)
et/ou dans la terre.Les SLT en BT sont essentiellement concernspar
les dfauts de mode commun dontl'occurrence la plus forte se situe
au niveau desrcepteurs et des cbles.
c la maintenance de linstallation.Ces grandeurs, chiffrables,
font lobjetdexigences de plus en plus fortes dans lesusines et les
immeubles tertiaires. Par ailleurs,les systmes de contrle-commande
desbtiments -GTB- et de gestion de la distributiond'nergie
lectrique -GTE- jouent un rle de plusen plus important au niveau de
la gestion et dela sret.Cette volution du besoin de sret nest
doncpas sans effet sur le choix du SLT.Il faut rappeler que les
considrations decontinuit de service (garder un rseau sain
endistribution publique en dconnectant lesabonns avec un dfaut
d'isolement) ont jou unrle lors de l'mergence des SLT.
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.5
Un dfaut disolement, quelle que soit sa cause,prsente des
risques pour :c la vie des personnes ;c la conservation des biens
;c la disponibilit de lnergie lectrique,tout ceci relevant de la
sret.Risque dlectrisation des personnesUne personne (ou un animal)
soumise unetension lectrique est lectrise. Selonl'importance de
llectrisation cette personnepeut subir :c une gne ;c une
contraction musculaire ;c une brlure ;c un arrt cardiaque (cest
llectrocution)(cf. fig. 1 ).Protger lhomme des effets dangereux
ducourant lectrique est prioritaire, le risque
1.3 Risques lis au dfaut disolement
Fig. 1 : zones temps/courant des effets du courant alternatif
(15 Hz 100 Hz) sur les personnes selon la normeCEI 60479-1.
Fig. 2 : dure maximale de maintien de la tension de contact
selon la norme CEI 60364.
dlectrisation est donc le premier prendre encompte.Cest le
courant -en valeur et en dure-,traversant le corps humain (en
particulier lecur), qui est dangereux.En BT la valeur de limpdance
du corps, (dontune composante importante est la rsistance dela
peau), nvolue pratiquement quen fonctionde lenvironnement (locaux
secs et humides, etlocaux mouills). Pour chacun des cas, unetension
de scurit (tension de contact maximaleadmissible pendant au moins 5
s) a t dfinie ;elle est appele tension limite conventionnelleUL
dans la norme CEI 60479.Les normes CEI 60364 413.1.1.1 et NF C
15-100prcisent que si la tension de contact (Uc) risquede dpasser
la tension UL, la dure d'applicationde la tension de dfaut doit tre
limite par linter-vention des dispositifs de protection (cf. fig. 2
).
0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20Seuil = 30 mA
50 100 200 5001000 2000 500010000mA10
20
50100200
5001 0002 000
5 00010 000
ms Dure du passage du courant
a b c2c1 c3
1 2 3
Courant passant par le corps
4
Zone 1 : Perception Zone 2 : Forte gneZone 3 : Contractions
musculaires Zone 4 : Risque de fibrillation ventriculaire (arrt
cardiaque)C1 : Probabilit 5% C3 : Probabilit > 50 %
c Locaux ou emplacements secs ou humides : UL i 50 VTension de
contact prsume (V) < 50 50 75 90 120 150 220 280 350 500Temps de
coupure maximal Courant 5 5 0,60 0,45 0,34 0,27 0,17 0,12 0,08
0,04du dispositif de protection (s) alternatif
Courant 5 5 5 5 5 1 0,40 0,30 0,20 0,10continu
c Locaux ou emplacements mouills : UL i 25 VTension de contact
prsume (V) 25 50 75 90 110 150 220 280Temps de coupure maximal
Courant 5 0,48 0,30 0,25 0,18 0,10 0,05 0,02du dispositif de
protection (s) alternatif
Courant 5 5 2 0,80 0,50 0,25 0,06 0,02continu
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.6
Fig. 3 : contacts directs et indirects.
Risque dincendieCe risque, lorsquil se matrialise, peut avoir
desconsquences dramatiques pour les personneset les biens. Bon
nombre dincendies ont pourorigine un chauffement important et
ponctuel ouun arc lectrique provoqu par un dfautdisolement. Le
risque est d'autant plusimportant que le courant de dfaut est lev.
Ilest galement fonction du degr du risqueincendie ou explosion, des
locaux.Risque de non disponibilit de lnergieLa matrise de ce risque
prend de plus en plusdimportance. En effet si, pour liminer le
dfaut,la partie en dfaut est dconnecteautomatiquement, il en rsulte
:c un risque pour les personnes, par exemple :v manque subit
dclairage,v mise hors service dquipements utiles lascurit ;c un
risque conomique du fait de la perte deproduction. Ce risque doit
tre particulirementmatris dans les industries process
pourlesquelles le redmarrage peut tre long etcoteux.De plus, si le
courant de dfaut est lev :c les dgts, dans l'installation ou dans
lesrcepteurs, peuvent tre importants etaugmenter les cots et les
temps de rparation ;c la circulation de forts courants de dfaut
enmode commun (entre rseau et terre) peutgalement perturber des
quipements sensibles,surtout si ceux-ci font partie dun systme
courants faibles gographiquement rpartiavec des liaisons
galvaniques.Enfin, la mise hors tension, l'apparition desurtensions
et/ou de phnomnes derayonnement lectromagntique peuvententraner des
dysfonctionnements, voire desdgradations dquipements sensibles.
Contacts direct et indirectAvant de commencer l'tude des SLT, il
est utilede faire un rappel sur l'lectrisation par contactsdirect
et indirect.c Contact direct et mesures de protectionIl s'agit du
contact accidentel de personnes avecun conducteur actif (phase ou
neutre) ou unepice conductrice habituellement sous tension(cf. fig.
3a ).Dans le cas o le risque est trs important, lasolution triviale
consiste distribuer l'lectricitsous une tension non dangereuse,
c'est--direi la tension de scurit. C'est l'emploi de latrs basse
tension de scurit (TBTS ou TBTP).En BT (230/400 V), les mesures de
protectionconsistent mettre ces parties actives hors deporte ou les
isoler par lutilisation disolants,denveloppes, de barrires.
Uc
ph
3
Id Uc
b) Contact indirect
a) Contact direct
Une mesure complmentaire contre les contactsdirects consiste
utiliser des DispositifsDiffrentiels Rsiduels (DDR) instantans
Haute Sensibilit i 30 mA appels DDR-HS.Le traitement de la
protection contre les contactsdirects est totalement indpendant du
SLT, maiscette mesure est ncessaire dans tous les casdalimentation
de circuits o la mise en uvre duSLT en aval nest pas matrise ; en
France ledcret du 14.11.88 et la norme NF C 15-100 532-2-6 rend
obligatoire cette mesure auniveau :v des prises de courant de
calibre i 32 A,v dans certains types dinstallations (temporaire,de
chantier...).c Contact indirect, mesures de protection etde
prventionLe contact dune personne avec des massesmtalliques mises
accidentellement sous tensionest appel contact indirect (cf. fig.
3b ).Cette mise sous tension accidentelle rsulte dundfaut
d'isolement.Un courant de dfaut circule et provoque unelvation de
potentiel entre la masse durcepteur lectrique et la terre : il y a
doncapparition dune tension de dfaut qui estdangereuse si elle est
suprieure latension UL.Vis--vis de ce risque, les normes
dinstallation -CEI 60364 au niveau international, NF C 15-100au
niveau franais- (ces normes sont similairesdans le fond et la
forme), ont officialis troisSchmas des Liaisons la Terre -SLT-
etdfinissent les rgles dinstallation et deprotection
correspondantes.
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.7
Les mesures de protection contre les contactsindirects reposent
sur trois principesfondamentaux :c la mise la terre des masses
desrcepteurs et quipements lectriques pourviter quun dfaut
disolement prsente unrisque quivalent dun contact direct ;c
lquipotentialit des massessimultanment accessiblesL'interconnexion
de ces masses contribueefficacement la rduction de la tension
decontact. Elle se fait par le conducteur deprotection (PE) qui
relie les masses desmatriels lectriques pour l'ensemble
d'unbtiment, ventuellement complt de liaisonsquipotentielles
supplmentaires (cf. fig. 4 ).Rappel : l'quipotentialit ne peut pas
tre totaleen tous lieux, (notamment dans les locaux unseul niveau),
aussi pour l'tude des SLT et desprotections associes, l'hypothse
retenue parles normalisateurs Uc = Ud est applique carUc est au
plus gale Ud.v Ud = tension, dite de dfaut, par rapport laterre
profonde, de la masse d'un appareillectrique ayant un dfaut
d'isolement,v Uc = tension de contact dpendant dupotentiel Ud et de
la rfrence de potentiel de lapersonne expose au risque, gnralement
lesol.c la gestion du risque lectrique :v cette gestion est
optimise par la prvention.Par exemple, en mesurant lisolement
dunquipement avant sa mise sous tension, ou parla prdiction de
dfaut base sur le suivi soustension de lvolution de lisolement
duneinstallation isole de la terre (schma IT),v si le dfaut
disolement se produit et gnreune tension de dfaut dangereuse, il
fautlliminer par dconnexion automatique de lapartie de
linstallation o sest produit le dfaut.La faon de supprimer le
risque dpend alors duSLT.
Fig. 4 : quipotentialit dans un immeuble.
Chauffage
Conducteurprincipalde protection
Drivationsindividuelles(PE)Ferraillage
Barette de mesure
Gaz
Conducteurde terreBoucle fond de fouille
Eau
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.8
Fig. 5 : mode de raccordement, la terre du neutre du
transformateur, et des masses des rcepteurs lectriques.
2 Les SLT et la protection des personnes
Les risques dlectrisation, voire dlec-trocution sont, dans ce
chapitre, prcisspour les diffrents schmas des liaisons laterre,
tels que dfinis par le Comitlectrotechnique International dans la
normeCEI 60364.Le SLT en BT caractrise le mode deraccordement la
terre du secondaire dutransformateur MT/BT et les manires de mettre
la terre les masses de linstallation.Lidentification des types de
schmas est ainsidfinie au moyen de 2 lettres :c la premire pour le
raccordement du neutre dutransformateur (2 cas possibles) :v T pour
raccord la terre,v I pour isol de la terre ;c la deuxime pour le
type de raccordement desmasses dutilisation (2 cas possibles) :v T
pour raccord directement la terre,v N pour raccord au neutre
lorigine delinstallation, lequel est raccord la terre(cf. fig. 5
).
N
T
N
3
T
3
I
N
3
N
N
3
La combinaison de ces deux lettres donne troisconfigurations
possibles :c TT : neutre du transformateur T et masse T,c TN :
neutre du transformateur T et masse N,c IT : neutre du
transformateur I et masse T.Nota 1 :Le schma TN, selon les normes
CEI 60364 etNF C 15-100, comporte plusieurs sous-schmas :c TN-C :
si les conducteurs du neutre N et du PEsont confondus (PEN) ;c TN-S
: si les conducteurs du neutre N et du PEsont distincts ;c TN-C-S :
utilisation dun TN-S en aval dunTN-C, (linverse est interdit).A
noter que le TN-S est obligatoire pour lesrseaux ayant des
conducteurs desection i 10 mm2 Cu.Nota 2 :Chaque SLT peut
sappliquer lensemble duneinstallation lectrique BT ; mais plusieurs
SLTpeuvent coexister dans une mme installation,voir titre dexemple
la figure 6 .
PEN
TN-C TN-S TT
NN
PE PE
IT
PE
3
N
Fig. 6 : exemple de coexistence entre les divers SLT.
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.9
Fig. 7 : liaison des prises de terre BT avec celle du poste
MT/BT.
Nota 3 :En France, selon la normeNF C 13-100 concernant les
postes de livraison,pour apprhender les risques ayant leurorigine
en MT, le SLT en BT sexprime laide
dune lettre supplmentaire suivantl'interconnexion des diffrentes
prises de terre(cf. fig. 7 ).Examinons maintenant comment raliser
danschacun des cas la protection des personnes.
Lettre Terre du poste Terre du neutre Terre des
massessupplmentaire MT/BT BT d'utilisation BTR (relies) c c cN (du
neutre) c c vS (spare) v v v(c = interconnecte, v =
indpendante)
2.1 Mise au neutre ou schma TNEn prsence dun dfaut disolement,
le courantde dfaut Id nest limit que par limpdance descbles de la
boucle de dfaut (cf. fig. 8 ) :Id = Uo
Rph +Rd +R1 PE.
Pour un dpart et ds que Rd 0 :Id = 0,8 Uo
Rph +R1 PE.
En effet, lors d'un court-circuit, il est admis que lesimpdances
en amont du dpart considr provo-quent une chute de tension de
l'ordre de 20 % surla tension simple Uo, qui est la tension
nominaleentre phase et terre, do le coefficient de 0,8.
Id induit donc une tension de dfaut, par rapport la terre :Ud =
RPE Idsoit :
Id = 0,8 Uo RRph +R
PE
1 PE.
Pour les rseaux 230/400 V, cette tension delordre de Uo/2 (si
RPE = Rph) est dangereusecar suprieure la tension limite de
scurit,mme en milieu sec (UL = 50 V). Il est alorsncessaire
dassurer une mise hors tensionautomatique et immdiate de
linstallation ou dela partie de linstallation (cf. fig. 9 ).
Fig. 8 : courant et tension de dfaut en schma TN.
UdRd
N
A
BC
DPE
Id
Ud = 0,8 Uo2
si RPE = Rph et Rd = 0 Id =Uo
R0.8 Uo
Rph RAB + +
+Rd RCD PE
Uo (volts) Temps de coupure Temps de coupuretension phase/neutre
(secondes) UL = 50 V (secondes) UL = 25 V127 0,8 0,35230 0,4 0,2400
0,2 0,05> 400 0,1 0,02
Fig. 9 : temps de coupure en schma TN (selon les normes CEI
60364 et NF C 15-100, tableaux 41 A et 48 A).
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.10
Le dfaut disolement tant similaire un court-circuit
phase-neutre, la coupure est ralise parle Dispositif de Protection
contre les Courts-Circuits -DPCC- avec un temps maximal decoupure
spcifi fonction de UL.Mise en uvrePour tre sr que la protection est
bien active ilfaut, quel que soit le lieu du dfaut, que lecourant
Id soit suprieur au seuil defonctionnement de la protection Ia (Id
> Ia).Cette condition doit tre vrifie lors de laconception de
linstallation par le calcul descourants de dfaut, ceci pour tous
les circuits dela distribution.Un mme parcours du conducteur
deprotection -PE- et des conducteurs actifs facilitece calcul et
est recommand par la norme(NF C 15-100 544-1).Pour garantir cette
condition, une autre approcheconsiste imposer une valeur
maximaled'impdance aux boucles de dfaut en fonctiondu type et du
calibre des DPCC choisis (cf. lanorme anglaise BS 7671). Une telle
dmarchepeut conduire augmenter la section desconducteurs actifs
et/ou de protection.Une autre faon de vrifier que le DPCC
assurerala protection des personnes est de calculer lalongueur
maximale que chaque dpart ne devrapas dpasser pour un seuil de
protection Ia donn.Pour calculer Id et Lmax, trois mthodes
simplespeuvent tre utilises (voir CahierTechnique n 158 ou le guide
NF C 15-105) :c la mthode des impdances ;
c la mthode de composition ;c la mthode conventionnelle (guideNF
C 15-105, partie C).Cette dernire donne l'quation :
Id = 0,8 UoZ
=0,8 Uo
Rph +R=
0,8 Uo Sph1+ mPE ( ) L
Pour que la protection assure bien sa fonction, ilfaut Ia <
Id, do lexpression de Lmax, longueurmaximale autorise par la
protection ayant pourseuil Ia :
Lmax = 0,8 Uo Sph1+ m a ( ) I
c Lmax : longueur maximale en m ;c Uo : tension simple 230 V
pour un rseautriphas 400 V ;c : rsistivit la temprature
defonctionnement normal ;c Ia : courant de coupure automatique :v
pour un disjoncteur Ia = Im (Im courant defonctionnement du
dclencheur magntique oucourt-retard),v pour un fusible, courant tel
que le temps totalde coupure du fusible (temps de prarc +
tempsdarc) soit conforme la norme (cf. fig. 9 ),c m = SphSPE
.
Si la ligne est d'une longueur suprieure Lmax,il faut soit
diminuer Ia, soit augmenter SPE, soitmettre en uvre un Dispositif
DiffrentielRsiduel (DDR).
2.2 Neutre la terre ou schma TTEn prsence dun dfaut disolement,
le courantde dfaut Id (cf. fig. 10 ), est essentiellement
Fig. 10 : courant et tension de dfaut en schma TT.
Ud
N
PE
Rb Ra
Id
Id+Rb
Uo
RaUd =
+RbUo R
Ra
a
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.11
limit par les rsistances de terre (si la prise deterre des
masses et la prise de terre du neutrene sont pas
confondues).Toujours avec lhypothse Rd = 0, le courant dedfaut est
:
Id+Rb
Uo
RaCe courant de dfaut induit une tension dedfaut dans la
rsistance de terre desutilisations :
Ud =R da I , ou
Ud = UoRR +R
a
a bLes rsistances de terre tant gnralementfaibles et de mme
ordre de grandeur ( 10 ),cette tension de lordre de Uo/2 est
dangereuse ;il est donc obligatoire de prvoir unedconnexion
automatique de la partie delinstallation concerne par le dfaut(cf.
fig. 11 ).Mise en uvreLe courant de dfaut au del duquel il y a
risque
Id = URo
La
tant trs largement infrieur aux
rglages des dispositifs de protection maximum de courant, il est
ncessaire de mettreen uvre, en tte d'installation, au moins unDDR.
Pour amliorer la disponibilit de l'nergielectrique, l'emploi de
plusieurs DDR permet deraliser une slectivit ampremtrique
etchronomtrique au dclenchement. Tous cesDDR auront un seuil de
courant assign Ininfrieur Ido.
Rsistance maximale () de
In U
RLa
i la prise de terre Ra pour UL =50 V 25 V
3 A 16 81 A 50 25500 mA 100 50300 mA 166 8330 mA 1660 833
Fig. 11 : limite suprieure de la rsistance de la prisede terre
des masses ne pas dpasser en fonction dela sensibilit des DDR et de
la tension limite UL,[In = f(Ra)].
La mise hors tension, par intervention des DDR,doit se faire
daprs la norme en moins de 1 s.A noter que la protection par DDR :c
est indpendante de la longueur des cbles ;c autorise plusieurs
prises de terre Ra spares(disposition non souhaitable car le PE
nest plusune rfrence de potentiel unique pourlensemble de
linstallation).Le Cahier Technique n 114 traite en dtail de
latechnologie et de lemploi des DDR.
2.3 Neutre isol ou impdant, ou schma IT
Le neutre est isol, non reli la terre. Lesprises de terre des
masses sont normalementinterconnectes (comme pour le SLT TN ou
TT).c En fonctionnement normal (sans dfautdisolement) le rseau est
mis la terre parlimpdance de fuite du rseau.Pour mmoire, limpdance
naturelle de fuite laterre dun cble triphas, de longueur 1 km,
estcaractrise par les valeurs typiques :v C = 1 F / km,v R = 1 M /
km,qui donnent (en 50 Hz) :v Zcf = 1 / j C = 3 200 ,v Zrf = Rf = 1
M,donc Zf Zcf = 3 200 .Pour bien fixer le potentiel d'un rseau en
IT parrapport la terre, il est conseill, surtout sil estcourt, de
placer une impdance (Zn 1 500 )entre le neutre du transformateur et
la terre...cest le schma IT dit neutre impdant.
c Comportement au premier dfautv neutre isol :Le courant de
dfaut stablit comme suit (valeurmaximale en cas de dfaut franc et
neutre nondistribu).If = Ic1 + Ic2, avec :Ic1 = j Cf V1 3etIc2 = j
Cf V2 3,do :Id = Uo 3 Cf .Pour 1 km de rseau 230/400 V, la tension
dedfaut sera gale :Uc = Rb Id,soit 0,7 Vsi Rb = 10 .Cette tension
est non dangereuse, donclinstallation peut tre maintenue en
service.Si le neutre est distribu, le dcalage dupotentiel du neutre
par rapport la terre ajoute
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.12
un courant Icn = Uo Cf et Id = Uo 4 Cf (cf. fig. 12 ).v neutre
impdant :Courant de premier dfaut :
Id = U
Z q avec
1Z q
1Zn
+ 3j Cf
= .
La tension de dfaut correspondante restefaible et non
dangereuse, linstallation peut tremaintenue en service.Continuer
l'exploitation, sans danger, est fortintressant, mais il faut :-
savoir qu'il y a un dfaut,- le rechercher rapidement, et
l'liminer,ceci avant qu'un deuxime dfaut ne survienne.Pour rpondre
cette attente :- l'information dfaut prsent est donne parun
Contrleur Permanent d'Isolement (CPI) quisurveille tous les
conducteurs actifs, y comprisle neutre (il est obligatoire selon la
normeNF C 15-100),- la recherche est ralise l'aide delocalisateurs
de dfaut.
c Comportement au deuxime dfautLorsquun deuxime dfaut apparat et
que lepremier dfaut na pas t limin, trois cas sont examiner :v le
dfaut concerne le mme conducteur actif :rien ne se passe et
lexploitation peut continuer,v le dfaut concerne deux conducteurs
actifsdiffrents : si toutes les masses sontinterconnectes, le dfaut
double est un court-circuit (via le PE).Le risque dlectrisation est
similaire celuirencontr avec le SLT TN. Les conditions lesplus
dfavorables pour les DPCC (Id le plusfaible) sont obtenues dans le
cas o les deuxdfauts se produisent sur des dparts ayant lesmmes
caractristiques (sections-longueurs)(cf. fig. 13 ).Les DPCC doivent
respecter les relations :- si le neutre est distribu, lun des
deuxconducteurs en dfaut tant le neutre :
Ia 0,8 Uo
2 Zi ,
- ou si le neutre nest pas distribu :
Ia 0,8 Uo 3
2 Zi .
N
If
If If
Rb
If
Ud
Contrleurpermanentd'isolement(CPI)
Limiteurdesurtension
321NPE
Cf
Icn Ic1 Ic2
Cf Cf Cf
V1 V2
V2 3V1 3
V3
IcnIf
Ic2
Ic1
Fig. 12 : courant de premier dfaut disolement en schma IT.
Ud R fb I
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.13
Fig. 13 : courant de 2me dfaut en schma IT (neutre distribu) et
dparts concerns de mme section et mmelongueur.
N
Id
Ra
RPE RphRPE Rph
Id
Ud Ud
321NPE
0,8 Uo
Id 0,8 Uo2 R + RphPE
( ) Ud0,8 Uo
4
Uo/U (volts) UL = 50 V UL = 25 VUo : tension phase/neutre temps
de coupure (secondes) temps de coupure (secondes)U : tension entre
phases neutre non distribu neutre distribu neutre non distribu
neutre distribu127/220 0,8 5 0,4 1,00230/400 0,4 0,8 0,2 0,5400/690
0,2 0,4 0,06 0,2580/1 000 0,1 0,2 0,02 0,08
Fig. 14 : temps de coupure maximaux spcifis en schma IT (selon
les normes CEI 60364 et NF C 15-100, tableaux41 B et 48 A).
A noter que dans le cas o lun des deux dfautsest sur le neutre,
le courant de dfaut et latension de dfaut sont deux fois plus
faiblesquen schma TN. Ceci a incit le normalisateur autoriser des
temps de fonctionnement desDPCC plus longs (cf. fig. 14 ).Comme en
SLT TN, la protection par DPCCn'est valable que pour des longueurs
maxi decbles :- neutre distribu :
Lmax = 12
0,8 Uo Sph1+ m a ( ) I ,
- neutre non distribu :
Lmax = 32
0,8 Uo Sph1+ m a ( ) I .
Ceci condition que le neutre soit protg etque sa section soit
gale la section desphases C'est essentiellement pour cetteraison
que la norme NF C 15-100 dconseille dedistribuer le neutre.
v le dfaut concerne deux conducteurs actifsdiffrents mais toutes
les masses ne sont pasinterconnectes.Pour des masses mises la
terreindividuellement ou par groupe, chaque circuit ouchaque groupe
de circuits doit tre protg parun DDR.En effet, en cas de dfaut
disolement au niveaudes groupes raccords deux prises de
terrediffrentes, le comportement du schma desliaisons la terre par
rapport au dfaut disole-ment (Id, Ud) est analogue celui dun
schmaen TT (le courant de dfaut passe par la terre).La protection
des personnes contre les contactsindirects est alors assure de la
mme manire
In i U
RLa
selon le tableau de la figure 11 .
A noter que les temps prescrits par la normepermettent une
slectivit chronomtriquehorizontale pour privilgier la continuit
deservice sur certains dparts.
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.14
Fig. 15 : grandeurs caractristiques des SLT.
Nota : pour protger un rseau BT isol de laterre (IT) contre les
lvations de tension(amorage dans le transformateur MT/BT,contact
accidentel avec un rseau de tensionplus leve, foudre sur le rseau
MT), en Francela norme NF C 15-100 impose qu'un limiteur
desurtension soit install entre le point neutre dutransformateur
MT/BT et la terre (Rb).
Le lecteur dsirant approfondir ltude du SLT ITpeut lire le
Cahier Technique n 178.Afin davoir une vision synthtique des
grandeursqui caractrisent les diffrents SLT, vis--vis dela
protection des personnes, les principalesformules sont rassembles
dans le tableau de lafigure 15 .
Id Ud Lmax Continuit de serviceTN Slectivit verticale
TT pas de contrainte Slectivit verticale
IT 1er dfaut < 1 A
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.15
3 Les SLT et les risques d'incendie etde non disponibilit de
l'nergie
Il a t dmontr, puis accept par lesnormalisateurs, quun contact
ponctuel entre unconducteur et une pice mtallique peutprovoquer,
dans les locaux particulirementsensibles, un incendie lorsque le
courant dedfaut dpasse 500 mA.A titre dexemple :c locaux risque
important : usinesptrochimiques, fermes ;c locaux risque moyen,
mais o les cons-quences peuvent tre trs graves : immeublesde grande
hauteur recevant du publicEn neutre isol, le risque incendie :c est
trs faible au premier dfaut,c est aussi important quen TN au
deuximedfaut.Pour les SLT TT et surtout TN, le courant dedfaut est
dangereux vu la puissancedveloppe (P = Rd I2) :c en TT = 5 A <
Id < 50 A ;c en TN = 1 kA < Id < 100 kA.
La puissance mise en jeu au point de dfaut est,surtout en schma
TN, considrable et ilconvient dagir ds les plus bas niveaux
decourant et le plus vite possible pour limiterlnergie dissipe ( Rd
i2 dt ).Cette protection, prescrite par la norme CEI etexige par
les normes franaises (NF C 15-100 482-2-10), est ralise par un
DDRinstantan seuil i 500 mA et ce, quel que soitle SLT.Lorsque des
risques dincendie sont particuli-rement importants
(fabrication/stockage dematire inflammable, ...), il est ncessaire,
voireobligatoire, dutiliser un SLT masses la terreminimisant
naturellement ce risque (TT ou IT).A noter que le TN-C est interdit
en France par lanorme NF C 15-100 lorsqu'il y a un risquedincendie
(conditions BE2) et/ou dexplosion(conditions BE3) : les conducteurs
PE et deneutre tant confondus, il n'est pas possible demettre en
uvre des DDR.
3.1 Risque dincendie
3.2 Risque de non disponibilit de lnergieCe risque est important
pour lexploitant, car ilconduit des cots de non production et
derparation qui peuvent tre importants.Il est diffrent selon le SLT
choisi.Rappelons que la disponibilit (D) est une
grandeur statistique (cf. fig. 16 ) gale aurapport entre deux
dures :c temps pendant lequel le secteur est prsent ;c dure de
rfrence gale au temps secteurprsent + secteur absent .
Fig. 16 : disponibilit de lnergie lectrique.
MDT MUT MDT MUT MDT
Mise hors tensionsur dfaut Retour de
la tension
Mise hors tensionsur dfaut Retour de
la tension
Mise hors tensionsur dfaut Retour de
la tension
Temps
Etat de panne Etat de marche
D = DisponibilitMUT= Mean Up Time
= dure moyenne de bonfonctionnement aprs rparation
MDT= Mean Down Time= dure moyenne de la panne
(dtection + intervention +rparation + remise en service)
D MUTMDT MUT
=
+
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.16
Le temps de bon fonctionnement (MUT) dpendde ltat gnral de
lisolement du rseau. Orl'isolement se dgrade dans le temps avec
lesagressions thermiques et les effortslectrodynamiques dus en
particulier auxcourants de dfaut.Le temps de panne (MDT) dpend lui
aussi ducourant de dfaut et notamment de son intensitqui, selon sa
valeur, peut provoquer :c des dgts plus ou moins importants dans
lesrcepteurs, les cbles... ;c des incendies ;c des
dysfonctionnements sur les quipementscourant faible du
contrle-commande.Vis--vis de la disponibilit de l'nergielectrique,
il convient donc d'tudier chaqueSLT. Le SLT IT mrite un
approfondissementparticulier puisqu'il est le seul autoriser le
nondclenchement en prsence d'un dfaut.c Le SLT ITPour conserver
tout l'avantage du SLT IT qui estde ne pas interrompre la
distribution lectriqueds le premier dfaut, il faut viter le
deuximedfaut qui prsente alors les mmes risquesimportants que le
SLT TN. Pour ce faire, il fautsupprimer ce premier dfaut avant
qu'undeuxime ne survienne.L'emploi de moyens de dtection et
delocalisation efficaces par un personnel demaintenance ractif
rduit trs fortement laprobabilit du dfaut double .De plus il existe
actuellement des dispositifs decontrle qui permettent de suivre
dans le tempslvolution de lisolement des diffrents dparts,de faire
de la prdiction de dfaut et doncd'anticiper la maintenance du
premier dfaut.D'o une disponibilit maximale possible avec leSLT
IT.c Les SLT TN et TTIls font appel la slectivit au dclenchement.En
TN, celle-ci est acquise avec les protectionsde court-circuit si le
plan de protection delinstallation est bien tudi
(slectivitampremtrique et chronomtrique).
En TT, elle est facile mettre en uvre grceaux DDR qui permettent
de raliser uneslectivit ampremtrique et chronomtrique.Rappelons
quavec le TN, le temps de rpara-tion, vu le i2 dt , risque dtre
plus importantquen TT, ce qui joue aussi sur la disponibilit.c Pour
tous les SLTIl est toujours intressant de prvenir les
dfautsd'isolement, en particulier les dfauts d'isolementde certains
moteurs avant leur dmarrage. Il fautsavoir que 20 % des pannes
moteur sont dues un dfaut d'isolement, lequel se manifeste lamise
sous tension. En effet, une perte disolement,mme faible, sur un
moteur chaud qui se refroiditdans une ambiance humide
(condensation)dgnre en dfaut franc lors du redmarrage,entranant
dune part des dgts importants auniveau des bobinages, dautre part
une pertedexploitation voire des risques majeurs sil sagitdun
moteur vocation scuritaire (moteur depompe d'exhaure, dincendie, de
ventilateur,).La prvention de ce type dincident peut trefaite, quel
que soit le SLT, par un ContrleurPermanent dIsolement surveillant
le rcepteurhors tension. En prsence d'un dfaut, ledmarrage est
alors empch.En conclusion de ce paragraphe il est clair que,pour
une bonne disponibilit de lnergie, lesSLT se classent dans lordre
de prfrence : IT,TT, TN.Nota :Si pour des impratifs de continuit de
servicel'installation comporte un groupe lectrogne ouune ASI
-Alimentation Sans Interruption-(onduleur), lors du passage sur la
source deremplacement, il y a un risque de nonfonctionnement ou de
fonctionnement tardif desDPCC (Icc plus faible - cf. fig. 17 ).En
TN et IT, pour la scurit des personnes etdes biens, il est donc
indispensable de vrifierque les conditions de protection sont
toujoursrespectes (seuil et temps de fonctionnement),surtout pour
les dparts de grande longueur.Si ce nest pas le cas, il convient de
mettre enuvre des DDR.
Fig. 17 : tablissement dun courant de court-circuit dans un
rseau aliment par un groupe de secours diesel/alternateur .
Rgimesubtransitoire
Apparitiondu dfaut
10 20 ms
0,1 0,3 s
Rgimetransitoire
Alternateur avec excitationcompound ou surexcitation
Alternateur avec excitation shunt 0,3 In
In
3 In
I eff
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.17
4 Influences de la MT sur la BT, selon les SLT
Les rseaux BT, sauf utilisation dune alimentationde remplacement
sans coupure (avec isolementgalvanique) ou dun transformateur
BT/BT, sontsous influence de la MT.Cette influence se fait :c par
couplage capacitif : transmission desurtensions des enroulements MT
auxenroulements BT ;c par couplage galvanique en cas de
claquageentre les enroulements MT et BT ;c par impdance commune si
les diverses prisesde terre sont relies et quun courant dorigineMT
scoule la terre.
Elle se traduit par des perturbations en BT,souvent des
surtensions, dont les phnomnesgnrateurs sont des incidents en MT :c
la foudre ;c les surtensions de manuvre ;c un claquage MT-masse
interne autransformateur ;c un claquage MT-BT interne au
transformateur.Leur consquence la plus frquente est ladestruction
des isolants BT avec pour corollaireles risques d'lectrisation des
personnes et dedestruction de matriel.
4.1 La foudreSi le rseau MT est arien, pour limiter
lesconsquences d'un coup de foudre direct ouindirect, le
distributeur installe des parafoudresZnO.Placs sur le dernier pylne
avant le posteMT/BT, ces parafoudres limitent la surtension
etcoulent le courant de foudre la terre(cf. Cahiers Techniques n
151 et 168).Une onde de foudre est cependant transmise,par effet
capacitif entre les bobinages dutransformateur, aux conducteurs
actifs BT. Ellepeut atteindre 10 kV crte. Bien qu'elle
soitprogressivement attnue par les capacitsparasites du rseau par
rapport la terre, il est
sage de placer des limiteurs de surtension(parafoudres) ZnO
lorigine du rseau BT, quelque soit son SLT (cf. fig. 18 ).De mme,
pour viter un couplage parimpdance commune, il est prudent de
nejamais relier la prise de terre du neutre BT :c les parafoudres
MT ;c les paratonnerres placs sur le toit desimmeubles.En effet, le
courant de foudre provoquerait unemonte en potentiel du PE et/ou du
neutre BT(risque de claquage en retour) et la perted'efficacit de
la prise de terre par vitrification.
Fig. 18 : limitation et transmission des surtensions de foudre
(que le neutre soit la terre ou non, il y a dessurtensions de mode
commun sur les phases).
3
3 3
N
i 125 kV i 10 kV
Liaisonscourtes
4.2 Les surtensions de manuvreCertains appareillages MT (par
exemple lesdisjoncteurs vide) provoquent lors de leurmanuvre des
surtensions importantes(cf. Cahier Technique n143).
Contrairement la foudre qui est uneperturbation de mode commun
(entre rseau etterre), ces surtensions sont, en BT,
desperturbations de mode diffrentiel (entre
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.18
conducteurs actifs). Elles sont transmisesau rseau BT par
couplage capacitif etmagntique.
Comme tout phnomne de mode diffrentiel,les surtensions de
manuvre ninterfrent pas,ou trs peu, avec les SLT, quels qu'ils
soient.
4.3 Un claquage MT-masse interne au transformateurLors d'un
claquage MT-masse interne autransformateur, et quand la masse
dutransformateur et le neutre de linstallation BTsont relies une
mme prise de terre, uncourant homopolaire MT (dont lintensit
estfonction du SLT-MT) peut porter la masse dutransformateur et du
neutre de linstallation BT un potentiel dangereux.En effet, la
valeur de la prise de terre dutransformateur conditionne
directement latension de toucher (= tension de contact) dans
le poste Ut i RP IhMT et la tension de tenuedilectrique des
matriels BT du posteUtp = RP IhMT (si la terre du neutre BT
estspare de celle du poste).La prise de terre du poste et celle du
neutre BTne sont gnralement pas relies. Si elles lesont, une limite
est donne la valeur de la prisede terre commune pour viter la monte
enpotentiel du rseau BT par rapport la terreprofonde. La figure 19
donne les valeurs de laprise de terre commune pour les valeurs de
IhMT
Schmas (1) Rsistance maximale de la prisede terre des masses du
poste RP ()Pas de valeur prescrite mais les valeurs
suivantespermettent d'viter une monte excessive en potentielde
l'ensemble
IhMT (A) RPAB ()300 3 201 000 1 10
IhMT (A) RPB ()300 31 000 1
Utp (kV) 2 4 10IhMT (A) RP ()300 4 8 201 000 1 3 10
Z : liaison directe dans les schmas TN et TTliaison par impdance
ou isole dans les schmas IT avec prsence d'un clateur
IhMT : intensit maximale du courant de premier dfaut monophas la
terre du rseau haute tensionalimentant le posteUtp : tension de
tenue la frquence industrielle des matriels basse tension du
poste(1) la troisime lettre des schmas des liaisons la terre
signifie selon la norme NF C-13100 que :c toutes les masses sont
Relies : R ;c la masse du poste est relie celle du Neutre : N ;c
les prises de terre sont Spares : S.
TNR ou ITR RPAB
Z
TTN ou ITN RPB Ra
Z
TTS ou ITSRbRP Ra
Z
Fig. 19 : rsistance maximale de la prise de terre des masses du
poste en fonction du schma des liaisons laterre du rseau.
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.19
des rseaux publics franais, le lecteur intresspeut consulter la
norme CEI 60384-4-442 quiexplicite les risques en fonction des SLT
BT.Toujours pour les rseaux publics (hormislAustralie et les USA o
le courant de dfautpeut tre trs lev) les valeurs rencontres vontde
10 A en Irlande (une impdance compense lecourant capacitif) 1 000 A
en France (rseauxsouterrains) et en Grande Bretagne.
Les rseaux MT industriels sont gnralementexploits en IT impdant,
ils ont un couranthomopolaire IhMT de quelques dizainesdampres (cf.
Cahier Technique n 62).La valeur maximale autorise de la prise de
terredpend des conditions dquipotentialit desmasses du rseau BT,
donc de son SLT.
4.4 Un claquage MT-BT interne au transformateurPour viter que le
niveau du potentiel par rapport la terre du rseau BT slve celui de
latension simple du rseau MT lors d'un claquageMT-BT interne au
transformateur, il faut relier lerseau BT la terre.Un tel dfaut a
pour consquences :c en TNTout le rseau BT, y compris le PE, est
soumis la tension IhMT RPAB ou RAB.Si cette surtension dpasse la
tenue dilectriquedu rseau BT, (en pratique de lordre de1 500 V) des
claquages en BT sont possibles silquipotentialit de toutes les
masses,lectriques ou non, du btiment nest pas totale ;c en TTAlors
que les masses des rcepteurs sont aupotentiel de la terre profonde,
tout le rseau BTest soumis IhMT RPB ou Rb : il y a un risque
declaquage en retour des rcepteurs si latension dveloppe dans RPB
ou Rb dpasseleur tenue dilectrique ;c en ITLe fonctionnement dun
clateur/court-circuiteur(appel limiteur de surtension en France),
qui semet en court-circuit ds que sa tensiond'amorage est atteinte
ramne alors leproblme celui du rseau TN (ou TT siplusieurs prises
de terre des utilisations).
Dans tous les cas, les claquages MT/BToccasionnent des
contraintes qui peuvent tresvres, pour linstallation et les
rcepteurs BT,si la valeur de la prise de terre du neutre BTnest pas
matrise. Le lecteur intress peutconsulter la norme CEI 60364 qui
explicite lesrisques en fonction des SLT.L'exemple de la
distribution publique, en arien,en France donne une rponse une
situation oles risques de foudre, de surtension demanuvre, de
claquages MT-masse dutransformateur et MT-BT sont prsents(cf. fig.
20 ). Il montre que l'quipotentialit detoute la distribution
(toutes les masses MT, lesneutres et les masses d'utilisation
relis) n'estpas indispensable : chaque risque est
traitsparment.Dans ce chapitre l'influence du rseau MT a tdcrite,
il en rsulte :c l'intrt de lemploi de parafoudres l'originede
l'installation BT, quel que soit le type de SLT,ceci si
lalimentation MT, et a fortiori BT, estarienne ;c que le fait de
relier la prise de terre du posteavec la prise de terre du neutre
BT, voire aveccelles des masses des utilisations, impose
descontraintes variables sur le rseau BT enfonction du SLT MT
(valeur du Ih).
Fig. 20 : distribution publique arienne rurale en France.
3Ih i 300 A
Comptage
Barette de terre
Ra < 100 Rb < 4 Rp < 50
ParafoudreDDR
PE
u 30 m
u 8 m u 8 m
N
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.20
5 Appareillages lis au choix du SLT
Le choix dun SLT a des consquences enterme de sret (au sens
large), mais aussi enterme dinstallation, particulirement en ce
quiconcerne lappareillage mettre en uvre.
5.1 SLT -TN- Mise au neutre Dans ce schma, ce sont les DPCC
(disjoncteurou fusibles) qui assurent en gnral la protectioncontre
les dfauts d'isolement, avec undclenchement automatique suivant un
tempsde coupure maximal spcifi (fonction de latension simple Uo :
cf. fig. 9 ).c Avec disjoncteurLe dclenchement du disjoncteur se
fait dans unseuil dtermin par le type de dclencheur(cf. fig. 21 ).
Ds que le courant de dfaut dpassele seuil du dclencheur de
protection contre lescourts-circuits (en gnral instantan ), il y a
ou-verture dans un temps nettement infrieur au tempsde coupure
maximal spcifi, par exemple 5 s pourles circuits de distribution
(norme NF C 15-100 413.1.3.3) et 0,4 s pour les circuits
terminaux.Quand l'impdance de la source et des cbles aune valeur
leve, il faut utiliser des dclencheurs seuil bas, sinon associer
des DDR aux DPCC.Ces DDR peuvent tre des relais diffrentiels spa-rs
ou associs aux disjoncteurs (disjoncteurs diff-rentiels) de basse
sensibilit. Leur seuil doit tre :In < 0,8 Uo
Rph +RPE.
L'emploi de DDR prsente l'avantage de rendreinutile la
vrification de l'impdance de boucle,avantage particulirement
intressant lorsquel'installation est modifie ou fait
l'objetd'extensions.Cette dernire solution n'est videmment
pasapplicable avec un SLT de type TN-C (leconducteur de protection
tant confondu avec leconducteur de neutre).c Avec fusiblesLes
fusibles employs pour la protection contre lescourts-circuits sont
de type gG, et leurs caractris-tiques temps/courant (cf. fig. 22 )
sont dfinies pardes normes (fusibles domestiques : CEI
60241,fusibles industriels : CEI 60269). Vrifierl'adquation avec le
temps de coupure maximalspcifi impose donc une validation
individuelledes calibres prvus pour chaque protection.S'il n'y a
pas adquation il faut, soit diminuerl'impdance de la boucle de
dfaut(augmentation des sections), soit remplacer lefusible par un
disjoncteur seuil bas ou par undisjoncteur diffrentiel.
Fig. 21 : courant de dclenchement (magntique ou court retard)
des disjoncteurs BT.
Type de dclencheur Seuil de fonctionnementDomestique (EN 60898)
B 3 In i Ia i 5 In
C 5 In i Ia i 10 InD 10 In i Ia i 20 In
Industriel (norme CEI 60947-2) G (seuil bas) 2 In i Ia i 5 InD 5
In i Ia i 10 InMA (pour dmarreur-moteur) 6,3 In i Ia i 12,5 In
In gG (A) Imin. 10 s Imax. 5 s Imin. 0,1 s Imax. 0,1 s63 160 320
450 82080 215 425 610 110100 290 580 820 1450
Fig. 22 : exemple des limites des seuils de fonctionnement des
fusibles (selon la norme CEI 60269 5-6-3).
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.21
5.2 SLT -TT- Neutre la terre Avec ce schma, la faible valeur des
courants dedfaut (cf. chapitre prcdent) ne permet pasaux DPCC
dassurer la protection des personnescontre les contacts indirects.
Il faut employer desDDR associs des disjoncteurs(cf. fig. 23 et 24
) ou des interrupteurs(cf. CEI 60364 - 413.1.4.2 et NF C
15-100).Ces dispositifs doivent satisfaire des normes,en
particulier :c CEI 60755 : rgles gnrales ;c CEI 61008 :
interrupteurs diffrentiels domestiques ;
5.3 SLT -IT- Neutre isol de la terre Rappelons quen cas de dfaut
double, lascurit des personnes est assure par lesDPCC. Lors du
premier dfaut disolement, lecalcul nous a montr quil ny avait pas
dedanger (tension de contact bien infrieure la tension limite de
scurit). La mise horstension automatique n'est donc pasobligatoire
: c'est l'avantage essentiel de ceschma.Pour conserver cet
avantage, les normesprconisent (CEI 60364 - 413.1.5.4) ouimposent
(NF C 15 -100) la mise en uvre d'unContrleur Permanent d'Isolement
-CPI- et larecherche du premier dfaut. En effet, si undeuxime dfaut
survient, la coupureautomatique est indispensable puisqu'il y a
lerisque d'lectrisation, c'est alors le rle desDPCC ventuellement
complts de DDR.La recherche du premier dfaut pour
rparation(maintenance curative) est grandement facilitepar l'emploi
d'un Dispositif de Localisation deDfaut -DLD-.Une maintenance
prdictive, base sur le suivi(enregistrement) des variations des
impdances
d'isolement de chaque circuit, est galementpossible.Les rseaux
BT, exploits selon le schma IT,qui prennent leur origine au niveau
duntransformateur MT/BT doivent tre protgscontre les risques de
dfaut disolement entre laMT et la BT par un limiteur de surtension
.Enfin, pour fixer le potentiel du rseau BT, parrapport la terre,
(rseau court aliment par untransformateur MT/BT), une impdance peut
treinstalle entre le neutre du transformateur et laterre. Sa valeur
en 50 Hz, de lordre de 1 500 West trs leve en courant continu et en
trsbasse frquence pour ne pas gner la mesurede lisolement et la
recherche des dfauts.c Principe de fonctionnement des CPIUn dfaut
sur un circuit, se traduit au niveau durseau par une baisse
d'isolement, plusexactement de rsistance du rseau par rapport la
terre.En France, les CPI et les DLD doivent rpondre la norme de
fabrication UTE 63080.Les CPI ont donc comme fonction de surveiller
lavaleur de cette rsistance.
c CEI 61009 : DPCC diffrentiel domestique ;c CEI 60947-2 :
disjoncteurs diffrentiels industriels .Leur mise en uvre doit
satisfaire aux objectifs :c de protection des personnes soit :v
seuil In i UL/Ra,v temps de coupure i 1s ;c de continuit de service
avec seuils ettemporisations permettant la slectivitampremtrique et
chronomtrique ;c de protection incendie avec In i 500 mA.
Fig. 23 : bloc vigi de Compact NS. Fig. 24 : schma fonctionnel
dun DDR.
Mise en forme
Seuil
Temporisation
Actionneur
I 0
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.22
En gnral, ils fonctionnent sur le principe d'uneinjection, entre
le rseau et la terre, d'un courant,alternatif ou continu, dont ils
mesurent la valeur(cf. fig. 25 ).L'injection d'un courant continu
permet deconnatre en permanence la rsistanced'isolement du rseau.
Si celle-ci passe endessous d'un seuil prtabli, le CPI signale
ledfaut.L'injection de courant alternatif basse frquence(F quelques
hertz) permet le contrle de larsistance de dfaut, mais avec une
distorsiondue la prsence des capacits de fuite durseau. Cet
inconvnient mineur, vu la frquencedinjection, est compens par un
avantage auniveau de la recherche du premier dfaut (unseul
dispositif dinjection).Il existe maintenant des appareils,
injection decourant BF, capables dindiquer sparment larsistance et
la ractance d'isolement du rseau.Leur technique autorise en plus la
recherche dupremier dfaut sans ouverture des circuits etsans la gne
due aux dparts fortementcapacitifs.c Principe de fonctionnement des
DLDLa solution la plus frquemment employeconsiste injecter un
courant identifiable (defrquence diffrente de celle du rseau).
Legnrateur peut tre le CPI. Puis au moyen decapteurs magntiques
(transformateurs toriqueset/ou pince ampremtrique) associs
unamplificateur accord la frquence du courantinject, de suivre son
parcours jusqu'au point dedfaut (cf. fig. 26 ).Enfin une autre
solution est aussi exploite. Elleconsiste comparer, en permanence
et pour
N
ZImpdance( 100 k en 50 Hz ; faible en BF)
Courant de mesure de l'isolement (Rd)
Seuil temporisation alarme
PE
Mesure
Gnrateur de courant BFa
Fig. 25 : schma fonctionnel dun contrleurpermanent disolement
(CPI).
PE
PE
a Gnrateur BF
Fig. 26 : localisation du dfaut disolement par suivi du trajet
dun courant basse frquence inject lorigine delinstallation.
chaque dpart, la valeur de sa rsistance une valeur de seuil
prdfinie ouprogrammable.Cette dernire solution exploite par des
moyensinformatiques permet tout la fois, en local et distance, de
:v signaler le premier dfaut (CPI),
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.23
v puis de le reprer (DLD) pour rparation(maintenance curative)
(cf. fig. 27 ),v et de connatre l'volution de l'isolement dansle
temps, dpart par dpart, pour intervenir surles dparts dont
l'isolement baisseanormalement (maintenance prdictive).c Limiteurs
de surtension (norme NF C 63-150)Ils sont raccords entre un
conducteur actif(neutre ou phase) de l'installation et la
terre.Leur tension d'amorage Ue doit donc treadapte au montage
prvu, ainsi pour un rseau230/400 V - 50 Hz il existe deux modles :v
250 V, pour le raccordement au neutre(400 V < Ue i 750 V),v 400
V, pour le raccordement une phase(700 V < Ue i 1 100 V).Leur but
est double :v limiter la tension sur le rseau BT lors dunclaquage
MT/BT dans le transformateur dedistribution. Dans ce cas, le
limiteur doit couler la terre le courant rsiduel du rseau MT,
v limiter les surtensions de foudre.D'o leurs caractristiques,
par exemple pour lemodle 250 V :- Un : 250 V,- U claquage 50 Hz :
mini 400 V, maxi 750 V,- U claquage selon l'onde 1,2/50 s : < 1
570 V,- foudre : 20 fois 2 500 A (onde 8/20 s) sans semettre en
court-circuit,- 50 Hz : 20 000 A / 0,2 s,
5 000 A / 5 s,1 200 A / 2 mn.
Cette tenue au courant de crte 50 HZ est biensuprieure la valeur
du courant rsiduel durseau MT. Elle sexplique par le fait
quunlimiteur qui a t amorc lors dune trs fortesurtension peut
rester en court-circuit, il doit trealors encore capable de
supporter un courant decourt-circuit BT faisant suite un premier
dfautdisolement du rseau BT protg.Les limiteurs commercialiss sous
la marqueMerlin Gerin peuvent supporter 40 kA/0,2 s.
Fig. 27 : principe de fonctionnement dun DLD mesure dimpdance en
BF.
PE
PE
a
Bus tension de recherche Le passage dans les conducteurs du
courant de recherche est dtect par des capteurs magntiques
(tores).Chaque rcepteur qui comporte un amplificateur slectif (cal
sur la frquence et la phase du courant derecherche) calcule la
rsistance et la capacit du circuit (avec la tension et la phase
dont il a la rfrence par unbus) et signale la prsence du dfaut.
5.4 Protection du neutre selon le SLTLe neutre doit tre coup par
un dispositifomnipolaire :c en rgime TT et TN si la section du
neutre estinfrieure la section des phases ;c en distribution
terminale vu le risquedinversion neutre/phase.
Le neutre doit tre protg et coup :c en rgime IT pour
intervention de la protectionau dfaut double, lun des dfauts
pouvant tresur le neutre ;c en rgime TT et TN-S si la section du
neutreest infrieure la section des phases ;
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.24
c quel que soit le SLT si linstallation gnre descourants
harmoniques de rang 3 et multiples(surtout si la section du neutre
est rduite).En TN-C le neutre, qui est aussi le PE, ne peuttre
coup, ce qui est dangereux du fait de sesvariations de potentiel,
dus aux courants decharge et aux courants de dfaut disolement.Pour
viter les risques, il est ncessaire davoir,pour chaque zone/abonn,
une quipotentialitlocale et une prise de terre.
La figure 28 montre quels sont les types dedisjoncteurs utiliser
en fonction du SLT. Il est remarquer que les SLT TT et TN peuvent
utiliserles mmes appareils (avec bloc diffrentiel enplus en
TT).
Fig. 28 : emploi des disjoncteurs selon les SLT.
Circuits SchmasTN-C TN-S TT IT
Circuits monophassCircuits monophass avec protection unipolaire
non oui oui non
Circuits monophass avec protection bipolaire non oui oui oui
Circuits triphass sans neutreAvec protection bipolaire oui oui
oui oui
Circuit triphas avec neutreSans dtection de surintensit sur le
neutre non oui oui non
oui oui oui non
Avec dtection de surintensit sur le neutre non oui oui oui
I> Disjoncteurbipolaire(1 ple protg,2 ples coups)
N
Disjoncteurbipolaire( 2 ples protgs)
NI>
I>
Disjoncteurtripolaire2
3
1 I>
I>
I>
Disjoncteurttrapolaire 3 ples protgs
2
3
N
1 I>
I>
I>
Disjoncteurtripolaire
2
3
N
1 I>
I>
I>
Disjoncteurttrapolaire 4 plesprotgs
2
3
N
1 I>
I>
I>
I>
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.25
6 Choix du SLT et conclusion
Les trois SLT mondialement utiliss etnormaliss par la CEI 60364
ont pour objectifcommun la recherche de la meilleure sret.Sur le
plan de la protection des personnes, les3 rgimes sont quivalents si
lon respectetoutes les rgles dinstallation et dexploitation.tant
donn les caractristiques spcifiques chaque rgime, il ne peut donc
tre question defaire un choix priori.Ce choix doit rsulter dune
concertation entrelutilisateur et le concepteur de rseau :
(Bureauxdtudes, installateur) sur :c les caractristiques de
linstallation,c les conditions et impratifs dexploitation.
Il est illusoire de vouloir exploiter un rseau neutre isol dans
une partie dinstallation qui, parnature, possde un niveau
disolement faible(quelques milliers dohms) :
installationsanciennes, tendues, avec lignes extrieuresDe mme il
serait contradictoire, dans uneindustrie o la continuit de service
ou deproductivit est imprative et les risquesdincendie importants,
de choisir une exploitationen mise au neutre.
6.1 Mthodologie pour choisir le SLTc Tout dabord ne pas oublier
que les troisSLT peuvent coexister dans une mmeinstallation
lectrique ; ce qui est une garantiepour obtenir la meilleure rponse
aux besoins descurit et de disponibilit.c Ensuite sassurer que le
choix nest pasrecommand ou impos par les normes ou lalgislation
(dcrets, arrts ministriels).c Puis dialoguer avec lutilisateur
pourconnatre ses exigences et ses moyens :v besoin de continuit de
service,v service entretien ou non,v risque incendie.Globalement :v
continuit de service et service entretien : lasolution est lIT,v
continuit de service et pas de serviceentretien : pas de solution
totalementsatisfaisante ; prfrer le TT pour lequel laslectivit au
dclenchement est plus facile mettre en uvre et qui minimise les
dgts parrapport au TN.Les extensions sont simples raliser (pas
decalcul).
v continuit de service non imprative et serviceentretien
comptent : prfrer le TN-S(rparation et extensions rapides et
excutesselon les rgles),v continuit de service non imprative et pas
deservice entretien : prfrer le TT,v risque dincendie : IT si
service entretien etemploi de DDR 0,5 A ou TT.c tenir compte de la
spcificit du rseau et desrcepteurs :v rseau trs tendu ou, fort
courant de fuite :prfrer le TN-S,v utilisation dalimentations de
remplacement oude secours : prfrer le TT,v rcepteurs sensibles aux
forts courants dedfaut (moteurs) : prfrer le TT ou lIT,v rcepteurs
faible isolement naturel (fours) ouavec filtre HF important (gros
ordinateurs) :prfrer le TN-S,v alimentation des systmes de
contrle-commande : prfrer lIT (continuit de service)ou le TT
(meilleure quipotentialit des appareilscommunicants).
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.26
6.2 ConclusionLe meilleur choix, avec un seul SLT nexiste pas,il
convient donc, dans beaucoup de cas demettre en uvre plusieurs SLT
dans une mmeinstallation.En rgle gnrale, une installation en rteau,
endistinguant bien les prioritaires des nonprioritaires, en
utilisant des sources de secoursou des alimentations sans
interruption, estprfrable une installation
monolithiquearborescente.Lobjet de ce Cahier Technique tant de
parfairevotre connaissance des SLT, nous espronsquil va vous
permettre doptimiser la sret devos installations.
Le Cahier Technique n 173, qui apporte unclairage sur lemploi
des SLT dans le monde etsur leur volution devrait complter
utilementvotre information.Signalons enfin que le guide de
linstallationlectrique, ralis en 1991 par Merlin Gerin,suite la
parution de la nouvelle normeNF C 15-100, peut vous tre dune grande
utilitpour la mise en uvre pratique des rgimes duneutre.Ce guide
existe aussi en langue anglaise, il estcohrent avec la norme CEI
60364.
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Cahier Technique Schneider n 172 / p.27
7. bibliographie
Normes et dcrtsc CEI 60241 : Coupe-circuit fusibles pourusages
domestiques ou analogues.c CEI 60269 : Fusibles basse tension.c CEI
60364 : Installation lectriques desbtiments.c CEI 60479 : Effets de
courant passant par lecorps humain.c CEI 60755 : Rgles gnrales pour
lesdispositifs de protection courant diffrentielrsiduel.c CEI
60947-2 : Appareillage Basse Tension -2me partie : Disjoncteurs.c
NF C 15-100 : Installations lectriques bassetension.c NF C 63-150 :
Limiteurs de surtension : rgles.c NF C 63-080 : Dispositifs de
contrlepermanent d'isolement et dispositifs delocalisation de
dfauts associs.c Dcret franais du 14.11.88Cahiers Techniquesc Mise
la terre du neutre dans un rseauindustriel HT,Cahier Technique n
62F. SAUTRIAUc Les dispositifs diffrentiels rsiduels en BT,Cahier
Technique n 114R. CALVASc Protection des personnes et
alimentationsstatiques sans coupure,Cahier Technique n 129J.-N.
FIORINA
c Les perturbations lectriques en BT,Cahier Technique n 141R.
CALVASc Introduction la conception de la sret,Cahier Technique n
144P. BONNEFOIc Surtensions et coordination de l'isolement
enHT,Cahier Technique n 151D. FULCHIRONc La foudre et les
installations lectriques HT,Cahier Technique n 168B. DE METZ
NOBLATc Les schmas des liaisons la terre dans lemonde et
volutions,Cahier Technique n 173B. LACROIX et R. CALVASc
Connaissances et emploi du SLT neutre isol,Cahier Technique n
178(dition prvue fin 1998)Publications diversesc Guide de
linstallation lectrique (partie G)Ed. FRANCE IMPRESSION CONSEIL
1991.c Electrical installation guide (section G)Institut Schneider
formation (1996).c Guide de lingnierie lectriqueEd. ELECTRA 1986.c
Electrical Reviewnovembre 1991 - octobre 1992.c La protection
diffrentielleCahier Technique J3E - 02/90
-
Cahier Technique Schneider n 172 / p.28
-
Schneider Direction Scientifique et Technique,Service
Communication TechniqueF-38050 Grenoble cedex 9Tlcopie : (33) 04 76
57 98 60
Ralisation : Sodipe (26).Impression : CLERC Fontaine - 1500- 100
FF-
19
98 S
chne
ider
09-9862977