gt schemas neutre

p.2 Rgimesde neutre et SLT.

p.3Dfauts disolement et risque.

p.4Protection des personnes et des biens,continuit de service.Schmas de Liaison la Terre.

p.8Perturbations lectro-magntiques : harmoniques, foudre, rayonnements.

p.11Comparatif des SLT.

p.12Tableau comparatif des SLT.

p.13Exemples dapplication.

Aprs avoir rappel les risques lis aux dfautsdisolement des installations portant atteinte la scurit des personnes et des biens, ce guideprsente les trois Schmas de Liaison la Terreutiliss en basse tension. Il les passe en revue sous langle des perturbations lectromagntiques, des tensions et des courants harmoniques, de linfluence des rayonnements, de la foudre etdes courants vagabonds.

Les Schmas de Liaison la Terre

Une installation lectriquede qualit doit rpondre auxattentes des utilisateurs enterme de scurit etdexploitation. Une attentionparticulire doit treapporte au choix desSchmas de Liaison laTerre, car leur influence estfondamentale sur la qualitde linstallation.Lors des premires tudesde linstallation lectrique,une analyse dtaille desbesoins de lutilisateur estindispensable. En distribution lectrique,les besoins des utilisateurs - de lindustrie au tertiaire -sont varis. Car, mme si lascurit des personnes etdes biens prime toujours,on peut rechercher dabord,soit la meilleure continuitde service, soit uneprotection renforce contreles risques dincendie, soitune protection efficacecontre les dfautsdisolement par exemple.

Avant dtudier les troisSchmas de Liaison la Terre utiliss dans

une installation BT, il estintressant de faire un petitrappel historique.De 1880 1920, letransport et la distributionde llectricit se font en neutre isol , les lignessont nues, mises hors deporte, sur isolateurs ;aucun point du rseau nest mis volontairement la terre.A partir de 1923, la mise la terre des masses estfortement conseille pourles carcasses de moteurs,les appareils lectriquesdans le domestique, lespices mtalliques dans les locaux risque. Pour viter la fusion desfusibles sur double dfautdisolement, il est viteapparu souhaitable dtreaverti de la prsence dupremier dfaut. Danslindustrie, sur le triphas,on utilise un ContrleurPermanent dIsolementconstitu de trois lampesprises entre la terre etchacune des phases.

En 1927, un arrt impose

en France, la mise la terredu neutre du transformateuren distribution publique. En 1935, un dcret sur laprotection des travailleurstraite du risque inhrent audfaut disolement. Lespremiers disjoncteurs debranchement diffrentielssont fabriqus partir de1954. Le neutre la terre estn, mais il faut attendre ledcret du 14 novembre1962 pour que soient fixesles rgles de protectioncontre les contactsindirects. La NF C 15-100 de 1962 officialise le neutreisol et le neutre la terre,ainsi que la mise au neutredj pratique dansdautres pays. Paralllement la norme, ledcret du 14 novembre 1962lgalise le neutre isol et leneutre la terre. En 1973, un arrt duministre du travail autorisela mise au neutre en France.En 1991, application dela nouvelle C 15-100.

Le rgime de neutre en BTfait partie du Schma deLiaison la Terre notionnormalise ( CEI 364 et NF C 15-100) qui recouvrele mode de liaison laterre : du neutre du secondairedu transformateur HT/BTdune part, qui peut tre :- reli la terre, directementou par une impdance, - isol de la terre, des masses delinstallation dautre part. Dans la suite du documentnous utiliserons la dnomination Schmade Liaison la Terre le plus souvent sous laforme abrge SLT.

Codification des SLTPremire lettreCaractrise le point neutredu transformateur ou de lasource. I : isol de la terre. T : reli a la terre.

Deuxime lettreCaractrise les masseslectriques des rcepteurs. T : relies la terre. N : relies au conducteurneutre (N).

Troisime lettre (facultative)Situation du conducteurneutre (N) et du conducteurde protection (PE). C : N et PE forment unconducteur commun PEN. S : N et PE spars.

Types de SLTTrois Schmas de Liaison la Terre sont normaliss enFrance. TT : neutre la terre(figure 1). TN : mise au neutre,avec trois versions TN-C, TN-S et TN-C-S(figures 2, 3 et 4). IT : neutre isol ouimpdant (figure 5).

La mise en uvre de ces diffrents schmas estprsente en dtail en page 4.Ces trois schmas TT, TN,IT normaliss assurent unebonne protection despersonnes et des bienscontre les risques lis auxdfauts disolement : chocs lectriques pourles personnes, incendies ou explosiondorigine lectrique pour lesbiens. Mais leur choix influenceaussi dautres critres defonctionnement desinstallations : continuit de service, surtensions, perturbationslectromagntiques (rgles CEM).

Rgimes de neutre et SLT

GuideTechnique2

Intersections - Novembre 1998

Masses

L1 L2 L3N

PE

3

Masses

L1 L2 L3

PEN

3

Masses

L1 L2 L3N

PE

3

Masses

L1 L2 L3N

PE

3

PEN

Masses

L1 L2 L3N

PE

3

figure 1

figure 2

figure 4

figure 5

figure 3

Schma TT

Schma TN-C

Schma TN-S

Schma TN-C-S

Schma IT

GuideTechnique 3


Dfauts disolementLisolement desconducteurs et des picessous tension duneinstallation lectrique estralis par lutilisation dematriaux isolants et/oulloignement.

Lors de la mise en servicedune installation neuve, lerisque de dfaut disolementest trs faible. Linstallationvieillissant, ce risqueaugmente du fait dediverses agressions : dtrioration mcaniquede lisolant dun cble, poussires plus ou moinsconductrices, forces lectrodynamiquesdveloppes lors duncourt-circuit, surtensions de manuvre,de foudre, surtensions enretour rsultant dun dfautdisolement en MT, vieillissement thermique des isolants (grand nombrede cbles dans un circuit,harmoniques,surintensits...).Cest gnralement unecombinaison de cesdiverses agressions quiconduit au dfautdisolement.

Le dfaut disolement est : soit de mode diffrentiel(entre les conducteursactifs) et devient un court-circuit, soit de mode commun(entre conducteurs actifs et masse ou terre). Un courant de dfaut - dit

de mode commun - circulealors dans le conducteur deprotection (PE) et/ou dans laterre.

Les SLT en BT sontessentiellement concernspar les dfauts de modecommun.

Risques lis au dfaut disolementUn dfaut disolement,quelle que soit sa cause,prsente des risques pour la vie des personnes, la conservation des biens, la disponibilit de lnergielectrique (figure 6).

Risque de choc lectrique

Ce risque nest pas liuniquement la valeur de latension applique au corpshumain, mais aussi celledu courant susceptible de letraverser et la dure ducontact.

En BT, la valeur delimpdance du corpsnvolue pratiquementquen fonction delenvironnement : locauxsecs et humides, et locauxmouills. Pour ces deuxcas, la norme CEI 479 -1dfinit une tension descurit appele tensionlimite conventionnelle UL :

UL = 50 V pour les locauxsecs ou humides, UL = 25 V pour les locauxmouills. Toute tension de contactUC suprieure la tensionUL, ncessite lliminationdu dfaut dans un tempsau plus gal celui fixpar les tableaux 41G et48E de la NF C 15-100.(CEI 364 413.1.1.1).

Risque dincendie

Bon nombre dincendies ont pour origine un chauf-fement important et ponctuel ou un arc lectrique provoqu par un dfaut disolement. Le risque est dautant plusimportant que le courant de dfaut est lev. Il estgalement fonction dudegr du risque incendie ou explosion des locaux.

Risque de non disponibilit de lnergie

Si, pour liminer le dfaut, la partie en dfaut estdconnecteautomatiquement, il enrsulte un risque pour lespersonnes (manque subitdclairage, et/ou mise hors service dquipementsdutilits du btiment) et unrisque conomique parperte de production. De plus, si le courant dedfaut est lev, les dgts,dans linstallation ou dans

les rcepteurs, peuvent treimportants et augmenter les cots et les temps de rparation. La circulation de fortscourants de dfaut en modecommun (entre rseau etterre) peut galementperturber des quipementssensibles courants faibles .Enfin, la mise horstension, lapparition desurtensions et/ou dephnomnes derayonnementslectromagntiques peuvent entraner desdysfonctionnements voire des dgradationsdquipements sensibles.

Dfauts disolement et risques

75 mA

1 A

30 mA

10 mA

0,5 mA

arrt du cur

seuil de fibrilationcardiaqueirrversible

seuil de paralysierespiratoire

contractionmusculaire(ttanisation)

sensationtrs faible

figure 6

Rsum des consquences du passage du courantdans lorganisme

GuideTechnique4


Protection despersonnesContacts directet indirect

Protection des personnes Rappel des principales normes

La norme CEI 364Cest la normeinternationale relative auxinstallations lectriques dubtiment. Ses chapitres 41 et 54 ont le statut de normefondamentale de scurit etguident les prescriptions descurit de toutes lesnormes CEI. Ladaptation franaise de laCEI 364 est la normeNF C 15-100

La publication UTE C 12-100Elle regroupe une sriedarrts et le dcret du 14 novembre 1962 actualispar celui du 14 novembre 1988. Ce dcret reprend lesdispositions du livre Il ducode du travail en ce quiconcerne la protection des travailleurs.La section IV portegalement sur la protectiondes travailleurs contre lesrisques de contact avec lesmasses misesaccidentellement soustension.

Contact direct et mesures de protection

Il sagit du contactaccidentel de personnesavec un conducteur actif (phase ou neutre) ou unepice conductricehabituellement soustension.Dans le cas o le risque esttrs important, on peutdistribuer llectricit sousune tension nondangereuse, cest--direinfrieure ou gale latension de scurit : trs basse tension de scurit (TBTS), trs basse tension de protection (TBTP). En BTA, les mesures deprotection consistent mettre ces parties activeshors de porte ou lesisoler par lutilisationdisolants, denveloppeset de barrires. Une mesurecomplmentaire contre lescontacts directs consiste utiliser des DispositifsDiffrentiels Rsiduelsinstantans HauteSensibilit 30 mA appelsDDR-HS.

N.B. : cette mesure estncessaire dans tous lescas dalimentation decircuits o la mise en uvredu SLT en aval nest pasmatrise ; en France, le dcret du 14 novembre 1988 et lanorme NF C 15-100 532-2-6 rend obligatoire cettemesure pour les prises decourant de calibre 32 A, et dans certains typesdinstallations (temporaire,de chantier...).

Contact indirect,mesures de protec-tion et de prvention

Le contact dune personneavec des massesmtalliques misesaccidentellement soustension est appel contactindirect. Cette mise sous tensionaccidentelle rsulte dundfaut disolement. Un courant de dfautcircule et provoque unelvation de potentiel entrela masse du rcepteurlectrique et la terre : il y a donc apparition dune tension de dfaut qui est dangereuse si elle est suprieure latension UL.Vis--vis de ce risque, lesnormes dinstallation - CEl 364 au niveauinternational, NF C 15-100au niveau franais - ontofficialis trois Schmas deLiaison la Terre et dfiniles rgles dinstallation et deprotection correspondantes.

Les mesures de protectioncontre les contacts indirectsreposent sur trois principesfondamentaux : la mise la terre desmasses des rcepteurs etdes quipementslectriques, Iquipotentialit desmasses simultanmentaccessibles, la gestion du risquelectrique par laprvention, mesure delisolement dun quipementavant sa mise sous tension,surveillance continue delisolement dune installationet par llimination dudfaut par dconnexion.

Schma TT

Principe

Dans ce type de schma,dit de neutre la terre : le neutre de la source estreli une prise de terre, engnral distincte de celledes masses, toutes les masses prot-ges par un mme dispositifde coupure doivent trerelies au mme systme demise la terre.Cest le cas typique de ladistribution publique enFrance (figure 7).

Analyse dun dfautdisolement

Supposons quun dfautfranc apparaisse entre unephase (ex : la phase 3) et lamasse au niveau dunrcepteur.Soit U0 la tension simple du rseau (figure 8).

Calcul du courant de dfaut

Les prises de terre desmasses dutilisation et du poste prsententrespectivement une

rsistance lectrique RA et RB. Pour simplifier le calcul nousngligeons les effet inductifs et capacitifs des cbles.Limpdance de boucle dudfaut se ramne donc auxrsistances RA et RB.

Pour U0 = 230 V, RA = 10 W , RB = 5 W , le courant de dfaut a pour valeur :

ld = U0 / (RA + RB) = 15,3 A

Protection des personnes et des biens, continuit de service Schmas de Liaison la Terre

GuideTechnique 5


Calcul de la tension de dfautUne personne en contactavec la masse mtallique durcepteur dfectueux, sera soumise un potentiel Ud :Ud = U0 x RA / (RA+RB) =153 V.Ce potentiel est dangereuxpour les personnes car trslargement suprieur la tension limite de contact( UL = 50 V ).

Conclusion

Le dfaut doit tre liminpar ouverture de la portionde circuit lectriquedfectueuse dans un tempsinfrieur au temps indiqupar les tableaux 41 GA et 48 GE de la C 15.100 (ici : 0,27 s pour 150 V).Pour cette intensit de dfaut (Id =15,3 A), le tempsde dclenchement de laprotection thermique dudisjoncteur est trop long. Il convient dutiliser uneprotection diffrentielle(Dispositif DiffrentielRsiduel ou DDR ) quidtectera lintensit dedfaut de mode commun Idet qui provoqueralouverture immdiate du disjoncteur.

Schma TN

Principe

Le principe de ce type deschma dit de mise auneutre est de transformertout dfaut disolement encourt-circuit monophasphase neutre. Dans ce type de schma : le point neutre BT dechaque source est relidirectement la terre, toutes les masses delinstallation sont relies auneutre et donc la terre parle conducteur de protection(PE ou PEN). Ce raccordement directtransforme tout dfautdisolement en court-circuitphase-neutre qui sollicite lesprotections de surintensit, le conducteur deprotection doit tremaintenu un potentielproche de celui de la terrepar des liaisons en denombreux points, le plussouvent possible si despossibilits existent.

Trois types de schmas TN :

TN-S dans lequel unconducteur de protection(PE) distinct du neutre (N)est utilis (figure 9), TN-C dans lequel lesfonctions de neutre et deprotection sont combinesen un seul conducteur,appel PEN (figure 10), TN-C-S lorsque le schmaTN-S est ralis en aval dunschma TN-C (figure 11).

N.B. : le schma TN-S estobligatoire pour les rseauxayant des conducteurs desection infrieure 10 mm2

en cuivre et 16 mm2

en aluminium.

L1L2L3N

PE

U

L1L2L3N

PE

IRR

U0

dAB

d

figure 7

Principe du schma TT

Exemple de schma TT

figure 8

PEPEN

Masses

L1L2L3N

PE

figure 9

PEPE N

Masses

L1L2L3

PEN

figure 10

PEN

TN-C TN-S

PEPE N

Masses

L1L2L3

PE

N

N

figure 11

Schma TN-S

Schma TN-C

Schma TN-C-S

GuideTechnique6


Analyse dun dfautdisolement (fig.12)

Calcul de limpdancede la boucle de dfaut

Lors dun dfaut disole-ment, le courant de dfaut Idnest limit que par limpdance Zb de la bouclede dfaut (figure 12)

Zb = ZABCDEF ld = U0 / Zb,avec U0 = 230 V.

Prenons le cas dun rcep-teur aliment par un cblede 50 mm2 de 50 m de long(section et longueur com-mune des phases et du PE),en ngligeant les imp-dances de ligne AB et EF,on a : Zb ZBCDE(impdance de la portion decircuit BCDE), Zb 2 ZDE(en supposant ZBC = ZDE,les conducteurs BC et DEayant mme section et longueur, et en ngligeantlimpdance du dfaut ZCD).

Zb = r L / S avec : r = rsistivit du cuivre =22,5 10-3 W .mm2/m, L = longueur du conducteur en m = 50 m, S = section du cble en mm2 = 50 mm2,

Zb = 2x22,5 10-3x50/50 =45 mW .

Calcul de la tensionde dfaut

En pratique, pour tenircompte des impdances enamont on admet une chutede tension de lordre de20 % sur la tension simpleU0, do : UBE = 0,8 U0.Comme ZBC = ZDE, la masse du rcepteur estdonc porte un potentiel :

Ud = UBE /2 = 0,8 U0/2 = 92 V

Cette tension est dangereusecar suprieure la tensionlimite conventionnelle UL. Il faut imprativement mettrehors tension la partie delinstallation concerne.

Calcul du courant dedfautld = 0,8U0 /Zb = 0,8x230/4510-3 = 4089 A

Le dfaut disolement tantsimilaire un court-circuitphase neutre, la coupure estralise par le dispositif deprotection contre les courts-circuits.

Conclusions :

Le courant de dfaut estfonction de limpdancede la boucle de dfaut. Il faut donc sassurerquen tout point durseau, le courant dedfaut reste suprieur auseuil de fonctionnementde la protection dans letemps maximum spcifipar les normes. Moyennant cette vrificationil est possible dutiliser lesdispositifs conventionnelspour les protections.Mais ce schma ncessite : un calcul des impdancesde boucle, la connaissance de toutesles impdances de boucle,difficilement matrisable pourles prises de courant, doprotection par DDRobligatoire, la vrification dudclenchement desprotections la mise en uvre, des tudescomplmentaires pourvrifier ces conditions lorsde toute modification delinstallation.

Applications du schma TN

Le schma TN estprincipalement utilis pour : des industries nedemandant pas la continuitde service obtenue avec lergime IT, des rcepteurs basisolement (four...), du grand tertiaire ou desIGH.Par contre, le schma TNest interdit dans les locaux risque dincendie oudexplosion.

Schma IT

Dans ce type de schma, dit neutre isol (figure 13) : le neutre dutransformateur est :- soit isol de la terre (neutre isol),- soit reli la terre par une impdance leve (neutre impdant), toutes les masses delinstallation sont relies la terre.Bien que ce schma soit dit neutre isol, il convient deprendre en compte le faitque toute installation napas un niveau disolementinfini. On trouve entrechacune des phases et la terre une impdancedisolement qui varie enfonction du type dercepteurs installs, de lalongueur et du vieillissementdes cbles, des conditionshygromtriques, etc.Limpdance disolement du rseau ZRES du schma ci-aprs est dfinie par lescbles et les rcepteurs.Lhypothse de calcul, pourune installation lectrique de1 km de cble triphas,avec prsence de filtresantiparasites, donne lavaleur de limpdancersultante, soit ZRES = 3422 W .

PEPEN

Masses

L1L2L3N

PE

figure 12

Exemple de schma TN

U

L1L2L3

PE

N

R

Zres

A

dfigure 13

Exemple de schma IT

Analyse du premierdfaut disolement(dfaut simple)

Supposons quun dfautfranc apparaisse entre unephase (ici la phase 3) et lamasse au niveau dunrcepteur. Il sagit dunpremier dfaut, aussi appeldfaut simple.

Calcul du courant de dfaut

Soit U0 la tension simple du rseau.La prise de terre durcepteur en dfautprsente une rsistancelectrique RA. Limpdance de boucle dudfaut comporte RA et ZRES.Pour U0 = 230 V et RA = 10 W ,le courant de dfaut a pourvaleur :

Id = U0 / (ZRES+RA) = 67 mACe courant est faible carlimit par limpdancedisolement du rseau,principalement due lacapacit disolement descbles.

Calcul de la tensionde dfaut

Si une personne est encontact avec la massemtallique du rcepteurdfectueux, elle serasoumise un potentiel Ud de valeur :

U0 = U0 x RA / (ZRES+RA) = 0,67 V

Ce potentiel trs largementinfrieur la tension limitede contact UL ( 25 V pourdes locaux mouills) nestdonc pas dangereux.

Conclusions

En cas de dfaut simplele potentiel de dfaut Udnest pas dangereux pourles personnes.Il est cependant souhaitabledliminer le dfautrapidement pour ne pasprendre le risque quunautre dfaut survienne,amenant une situation dedouble dfaut qui provoquele dclenchement desprotections.

Ncessit dinstaller unContrleur PermanentdIsolement.Ce contrleur mesure enpermanence lisolement durseau par rapport la terreet signale toute baisse duniveau disolement.

Analyse du deuximedfaut (dfaut double)

Alors que le premier dfautnest pas limin, un autredfaut disolement peutapparatre sur linstallation.Si ce dfaut intervient sur lemme conducteur que lepremier, il ne se passera riende plus que prcdemment,si ce nest une baisseencore plus importante duniveau disolement gnraldu rseau.En revanche, si le dfautintervient sur un autreconducteur actif, deux caspeuvent se prsenter : cas de massesinterconnectes (figure 14)Les masses dutilisationsont interconnectes entreelles et la prise de terre duposte (RA). Nous sommesen prsence dun court-circuit phase-phase ou phase-neutre.

Les protections contre lescourts-circuits sontcharges dliminer cecourant de dfaut, cas de groupes de masses noninterconnectes (figure 15).Les masses dutilisation nesont pas toutesinterconnectes entre ellespar exemple RB estdistincte.Ce cas revient un schmaTT. Il faut donc protgerchaque groupe de massespar des protectionsdiffrentielles.

Applications du schma IT

Le neutre isol est lasolution assurant lameilleure continuit deservice en exploitation.Pour cette raison, ontrouvera ce SLT dans leshpitaux (en particulier dansles salles doprations), lesrseaux lectriques despistes daroport, dans lesmines et les locaux o ilexiste des risquesdincendie ou dexplosion,sur les bateaux et danstoutes les industries o unarrt de fonctionnementserait coteux ou dangereux.

GuideTechnique 7


L1L2L3

PE

N

I

CPI

d

R A

Dfaut double avec masses interconnectes

figure 14

R

L1L2L3

PE

N

DDR

CPI

Id

R AB

Dfaut double avec groupe de masses non interconnectes

figure 15

GuideTechnique8


RappelsLes perturbationslectromagntiques ont leplus souvent comme originedes phnomnes internes linstallation. Elles mettenten uvre trois lments : la source gnre lesperturbations par desvariations brusques degrandeurs lectriques(tension ou courant), le mode de couplage :- capacitif ou galvanique(transmission travers untransformateur),- inductif (transmission parrayonnement dun champmagntique),- par impdance commune,transmission via une prisede terre, la victime dsigne toutmatriel susceptible dtreperturb (en gnral unmatriel lectronique).

Tensions et courants harmoniquesLes installations industriellesincluent de plus en plus desystmes lectroniquesdont les circuitsdalimentation sont du type dcoupage. Ces circuitsgnrent des courantsharmoniques importants quicirculent dans lesconducteurs actifs. Cesphnomnes de modediffrentiel (entreconducteurs actifs),ninfluent pas avec lesSchmas de Liaison la

Terre qui ne sont sensiblesquaux phnomnes demode commun (entreconducteurs actifs et masseou terre).

Seul le schma TN-C, quicombine les modescommun et diffrentielpuisque le neutre et PE sontconfondus (PEN), estsensible aux harmoniques(de rang 3 et multiples) quicirculent dans le neutre,affectant sonquipotentialit.

Couplage par impdance commune

Il est ncessaire dutiliserdes lectroniques flottantes (totalementdcouples) pources systmes (figure 16).

Couplage inductif

En schma TN-C (figure 17) les courants circulant dans le conducteur PEN(notamment lesharmoniques de rang 3),crent des rayonnementslectromagntiques dansles chemins de cbles et lesstructures.Il est recommand : de connecter la terre le chemin de cbles le plussouvent possible et de vrifier sa continuit, dviter de positionner des lectroniques sensibles prs desstructures mtalliques, de rduire au maximumles boucles de courant.

Courants importants dans le PECertains Schmas de Liaison la Terre sont propices audveloppement de forts courants de dfautdisolement (TNS - TNC - IT interconnect en situationde double dfaut).En cas de dfaut disolement : une chute de tensionimportante apparat le longdu PE pouvant gner latransmission de donnes, de mme un rayonnement lectromagntique intenseest gnr lors de ce dfautet induit des tensionstransitoires dans touteboucle de courant.Solutions : pour rduire cette perturbation interne : dcouplage galvaniquedes lectroniques sensibles, interconnexion multipledes matriels et des structures mtalliques, utilisation de SLT courant de dfaut faible.

Foudre au sol et couplage parimpdance commune

Lorsque la foudre frappe lesol, elle peut provoquer uneperturbation par couplagepar impdance commune,rsultant de llvation depotentiel des prises de terre.En effet, le point dimpact

au sol de lclair se trouveport un potentiel trslev. Autour de ce point, le potentiel du sol va tresoumis un gradient depotentiel dcroissant mesure que lon senloigne.Si une prise de terre sesitue prs du pointdimpact, son potentiel parrapport la terre profondeva slever. Ce phnomnepeut se rpercuter sur lesautres prises par le biaisdes interconnexions desmasses.

Perturbations lectromagntiques

blindage dubus decommunication

L1L2L3

PENI

conducteurde massed'accompagnement

R R structuresmtalliquesdu batiment

courant dans le PEN

boucles de courant

H

n

p b

L1L2L3

PEN

VBV= -VA

VBVAA B

IN

bus de communication

blindage

figure 16

figure 17

En schma TN-C, le conducteur PEN peut tre parcourupar un courant important. La chute de tension dans lePEN se rpercute le long des blindages ce qui peut perturber les quipements communicants

Rayonnement du courant de dfaut en TN-C, qui peut induire un flux dans les boucles du courant

GuideTechnique 9


Schma TT ou IT non interconnect

Les prises de terre duneutre et des massesdutilisations sont diffrenteset peuvent tre sparespar une distance importante(cas de la distributionpublique). Il y a donc un risque quedes prises de terre soientsoumises un fort potentield la foudre, et cre undsquilibre des tensions derfrence provoquant desclaquages par surtension(amorage phase-masse)dans certains matriels(figure 18).Solution : en schma TT ouIT non interconnect, il estconseill de connecter desparafoudres au plus prsdes quipements sensibles.

Schma TN-S ou ITinterconnect

Lensemble des prises deterre du neutre et desutilisations BT sontinterconnectes ouconfondues. La rsistancecommune ou rsultante estRPAB. Si cette prise de terreest situe dans un gradientde potentiel, lensemble durseau, y compris lesmasses dutilisation, verrason potentiel slever parrapport la terre profonde.La connexion la liaisonquipotentielle principale dubtiment, soit directe, soitpar parafoudre, de tous lessystmes entrant(tlphone, cble vido, busde communication...) estdonc ncessaire (figure 19).

Cas particulier du schma TN-C

Le schma TN-C demandeune connexion frquente duconducteur PEN la terreafin dassurer le mieux possible son quipotentialit.

En effet, en cas de coup defoudre, une des mises laterre de ce PEN peut setrouver pige dans ungradient de potentielimportant. Le dsquilibrede tension a lieu entre larsistance de cette prise deterre et les autres prises deterre, amenant une chute detension le long du PEN. Des parafoudres en modecommun simposent icigalement (figure 20).

Solution : pour rduire les perturbations internes,quel que soit le SLT, uneinstallation de haut niveaukronique ncessite uneprotection par parafoudre.En schma TT et TN-S, une protection de modecommun et de mode diffrentiel ; en schma IT et TN-C, une protection de mode commun.

parafoudre

R

quipementlectronique

RB A

figure 18

R

quipementsensible

U

terre profonde

PE

PAB

figure 19

quipementsensible

PEN

tension

distanceU

RPAB

figure 20

La foudre peut perturber le potentiel de certaines masses par lintermdiaire de prises deterre proches du point dimpact

Effet de la foudre en schma TN ou IT interconnect

Effet de la foudre en schma TN-C

GuideTechnique10


Rayonnements

Cas gnral

Les perturbationslectromagntiques peuventprovenir de sourcesexternes par rayonnements.Les champslectromagntiques misinduisent des tensionsparasites dans des boucles(voir CEI 364-444) etpeuvent perturber certainsquipements lectroniques. Ces phnomnes ne sontpas directement lis auxSLT qui sont sur un pieddgalit face cesperturbations. Les solutionsmises en jeu sont gnraleset indpendantes des SLT.Lorsque la foudre frappe lesol, un fort champlectromagntique cre dessurtensions dans toute lesboucles conductrices. Ces boucles sontconstitues, soit par ladistribution de puissanceelle mme, soit forme parla distribution de puissanceet dautres lmentsconducteurs (systmes detlcommunication, masses,tuyauteries...).

Foudre au sol en schma TT

En cas de coup de foudreproche dune installation BT,le champ lectromagntiqueengendre un flux au traversde la boucle naturelle duschma TT.Cette boucle est constituepar la ligne BT arienne dedistribution publique, la prise de terre individuelledune maison en milieu

rural, la terre et la prise deterre du point neutre dutransformateur EDF. Cetteboucle peut tre de grandesurface, surtout silhabitation est trs loignedu poste de livraison. Iciaussi, un parafoudre estncessaire prs desquipements sensibles auxsurtensions (figure 21).

Foudre au sol en schma TN

La boucle dcrite enschma TT peut ne pasexister si le PE est pos proximit des conducteursactifs et que lensemble estinterconnect une seuleprise de terre (figure 22).

Foudre au sol enschma IT

le phnomne dcrit pourle schma TT peut seretrouver en schma IT siles prises de terre sontspares et noninterconnectes, si les prises sontinterconnectes, cetteboucle nexistepratiquement pas puisque lePE est pos proximit desconducteurs actifs et quelensemble est interconnect une seule prise de terre.

Courants vagabondsDes courants vagabonds circulent dans la terre. Ce sont typiquement des courants telluriques basses frquences ou descourants frquence industrielle provenant dedfaut HT. Ces courantspeuvent affecter les prisesde terre rencontres. Leurinfluence se fait sentir dans

le cas o plusieurs prises deterre existent dans unemme installation lectrique,notamment en schmas TT,TN-C, IT non interconnect. TT : de faiblesdsquilibres de tensionpeuvent apparatre entre lesprises de terre du neutre etles prises de terre desmasses dutilisation, TN-C : ces mmesdsquilibres sont possiblesentre les diffrentes prises

de terre du PEN et influentalors sur lquipotentialit dece dernier, IT non interconnect : lasituation est similaire celledu schma TT. Ces mmes courants vagabonds sont souvent responsables de la corrosion des prisesde terre car ils contiennentune part importante decomposante continue.

figure 22

boucle

H

figure 21

Le chemin TT introduit une boucle naturelle

En schma TN la boucle de courant nexiste pratiquement pas

GuideTechnique 11


(Voir tableau comparatifpage 12).Aucun rgime de neutrenest universel et tous lesSLT permettent dassurerune gale protection contreles chocs lectriques dslors quils sont mis enuvre et utiliss enconformit avec les normes.Le choix dun SLT nest pastoujours possible. Lespropres choix techniques dudistributeur dnergie pourson rseau, la puissance delinstallation et les normespeuvent imposer un SLT oulimiter le choix.Un choix nest pasforcment unique pourlensemble de linstallation,plusieurs SLT peuventcoexister lintrieur dunemme installation pourrpondre divers besoinsdu site concern. Des critres decomparaison dvelopps ci-aprs peuvent guider cechoix :

1er critre : protection des personnes contreles chocs lectriques

Sur ce critre tous lesrgimes de neutre sontquivalents ds lors quilssont mis en uvre et utiliss en conformitavec les normes.Mais : schma TN : il faut trevigilant en cas dextensionde linstallation car laprotection des personnesest entirement base sur lacontinuit du conducteur deprotection, la matrise desimpdances de boucle et labonne adquation des

rglages des protectionsavec ces impdances.Il faut donc sassurer queles extensions ne modifientpas ces conditions. schma IT : mmesrecommandations pour cequi concerne le dfautdouble.

2me critre : protection desbiens contre les incendiesou explosions doriginelectrique

Schmas TT et ITLexploitation correctedinstallation en schma TTet IT conduit un risquedincendie quasi nul et leschma IT est conseilldans les installationsprsentant des risquesdexplosion. Schma TN : en exploitation normale leTN-C prsente un risquedincendie plus lev queles autres.En effet, le courant dedsquilibre des chargesparcourt en permanencenon seulement leconducteur PEN, mais aussiles lments qui lui sontraccords : charpentesmtalliques, masses,blindages, etc. Pendant uncourt-circuit, les nergiesdissipes dans ces trajetsnon prvus augmententconsidrablement. La valeur leve descourants de dfaut :- interdit le TN-C dans leslocaux risques,- oblige en TN-S prvoirdes DDR pour ces mmeslocaux.

3me critre : continuitdalimentation

Le schma IT est celui quifavorise la meilleurecontinuit dalimentation envitant le dclenchement aupremier dfaut disolement.Il impose de contrlerlisolement par un CPI et dedisposer dun serviceentretien comptent. Le rseau neutre isolprend tout son intrt si ondtecte les vrais dfautsdisolement ds leurapparition grce lagamme Vigilohm Systemqui permet de dtecterautomatiquement etimmdiatement les dpartsen dfauts, y compris lesdfauts fugitifs.Cest ce que fait le CPIXM200 avec les dtecteursXD301 (1 dpart) ou XD312(12 dparts) associs destores ferms ou ouvrants.Pour satisfaire les sites lesplus exigeants en disponi-bilit, nous offrons desproduits qui permettent demesurer la rsistance et lacapacit dpart par dpartet de communiquer cesinformations en local et ensupervision pour aller vers lamaintenance prventive,afin de ne jamais subir ledfaut terre avec lesappareils suivants XM300C,XD308C, XL308, XL316, etinterfaces XAS locales,XL1200, XL1300, XTU300suivant la configuration delinstallation.

4me critre : protectioncontre les surtensions

Un dfaut sur la HT,claquage du transformateurou foudre sur rseau arien,peut avoir desrpercussions pour lesquipements sensibles,principalementlectroniques qui ont unetenue disolement faible.Pour liminer ce risque, ilest ncessaire en schmaTT dinstaller au plus prochedes rcepteurs desparafoudres. En schma IT le matrieldoit pouvoir supporter latension compose entre lesphases saines et la terreaprs un premier dfaut etun limiteur de surtension estobligatoire. En schma TN, llvationdu potentiel du point neutreBT par rapport la terre, encas de dfaut, occasionneun risque de contact indirectdangereux entre masses etterre.

5me critre : compatibilitlectromagntique

Le schma TN-C estdconseill en prsencedharmoniques. Lesharmoniques de rang 3 etmultiples de 3, provoquentune perte dquipotentialitdu PEN et desrayonnementslectromagntiques dansles chemins de cbles etdans les structuresmtalliques des btiments.

Comparatif des SLT

GuideTechnique12


Critres de comparaison TT TN-S TN-C IT1* IT2*Protection des personnes contre contacts indirects + + + + +les chocs lectriques contacts directs + + + + +Protection des personnes contre incendie-explosion - - - interdit + - -les risques dincendie oudexploitation dorigine lectriqueContinuit dalimentation creux de tension + - - ++ -

slectivit - + + ++ +dclenchement - - - + -temps de recherche - + + - +temps de rparation - - - - - - - - - - - -

Protection contre les surtensions foudre sur HT - + + + +claquage transformateur - + + + +

Compatibilit lectromagntique rayonnements + - - - ++ -(CEM) chutes de tension + - - ++ -

harmoniques + + - - + +Cots la conception tude de slectivit - + + ++ +

calcul de L max + - - ++ - linstallation nombre de cbles + + ++ + +

nombre de ples + + ++ + +pose des cbles - - - - - ++ - -matriels spcifiques - + + - +

lexploitation recherche de dfaut - + + - - +cot des rparations - - - - - - - - - - - - vrification des connexions + - - ++ -facilit dextensions + - - + -

*IT1 = schma IT en situation de 1er dfaut*IT2 = schma IT en situation de double dfaut. Pour le critre considr :+ = avantage relatif du schma- = inconvnient relatif du schma

Tableau comparatif des SLTLes comparaisons des critres de ce tableau se font ligne par ligne.Les indications portes ne sont pas comparables entre lignes diffrentes.

GuideTechnique 13


Exemples dapplicationLa distributionde lnergie lectrique delusine de traitement des eaux deMry-sur-Oise

Lnergie lectrique estdistribue partir dunelivraison EDF en 63 kV, puis transforme en 20 kV.Compte tenu de ltenduedu site de Mry-sur-Oise et de limplantationgographique des centresdutilisation de lnergie, ladistribution est ralise parplusieurs boucles 20 kV quialimentent les postes detransformation 20 kV/3,2 kV

ou 20 kV/400 V. Cettedistribution en boucleassure la continuit delalimentation HTA et palliele dfaut possible sur unetranche de distribution 20 kV. En aval destransformateurs, pourrpondre avec le plus hautniveau de disponibilitpossible la demandedeau potable dans latranche 1 de lusine deMry, le Schma deLiaison la Terre est dutype neutre isol IT. Ce choix prfrentiel assurela meilleure continuit deservice en exploitation, etlors dun dfautdisolement, lintensit dudfaut est trs faible. En permanence les CPI

surveillent lisolement, et la signalisation du premierdfaut est automatique. Les limiteurs de surtensionsinstalls prs destransformateurs coulent le dfaut la terre en casde dfaut HT ou claquagede transformateur. Mais cesdfauts sont trs rares.Par contre, il est impratifde disposer dun personneldentretien pour lasurveillance en exploitationet pour la recherche dudfaut signal, afin dviterle dclenchement desdispositifs de protection surdouble dfaut. Sur un siteaussi tendu, la localisationest parfois difficile, et il fautintgrer leffet capacitif descbles qui peut contribuer la baisse du niveaudisolement global.

Transformateur France-Transfo 63/20 kV.

Cellules moyenne tension Merlin Gerin MC 500.

GuideTechnique14


Le texte qui suit est unexemple de travauxpratiques propos en 1998-1999 aux professeursPLP2 Gnie Electrique. Il a t dvelopp parlIUFM de Crteil, CST de Saint-Denis,dpartement GnieElectrique.

Prsentation

Ltude porte sur llot I.T.,install dans le laboratoiredes systmes, qui permetdalimenter la salle surchoix de lutilisateur selon le schma neutre isol.Cette installation est enprincipe reprsentative denombreuses situationsindustrielles, un facteurdchelle prs.Le travail propos supposeune tude attentive desnormes en vigueur, duschma lectrique delarmoire de distribution, et de la documentation du constructeur des disjoncteurs et du C.P.I.

Etude dune distribution lectrique selon le schma IT

La distribution selonle schma IT ( rgime IT )

Ce mode de distribution est largement utilis danslindustrie. Justifier un tel choix.Sinformer sur ltat actuelde la normalisation en lamatire.

Linstallation didactique : llot IT

Justifier le rle desdiffrents appareillagesinstalls dans larmoire dedistribution.Quelles rgles ont trespectes pour permettrela commutation TT - ITdans de bonnes conditionsde scurit ? Linstallation est-elleconforme aux normes ?

La distributionlectrique selonle schma ITdans lenseigne-ment (IUFM deCrteil - site deSaint-Denis)Chaque installationconstitue en fait un casparticulier, qui ne peut treapprhend quau regardde ses propres contraintesdexploitation. Il apparatdonc que ltude descircuits de distributionlectrique selon le schmaIT en sections de BTSlectrotechnique, deBaccalaurat ProfessionnelE.I.E., ou de BEPlectrotechnique ne peutpas se rduire uneapproche livresque trsgnrale.

Des tudes de cas,sappuyant sur desinstallations relles, sontsouvent proposes auxlves et aux tudiants.

Cet lot IT est constitu parun local spcifique aliment : par dfaut selon leschma TT (obligatoiredans un tablissementscolaire), selon le schma IT sur choix volontaire duprofesseur responsable(considr commepersonne qualifie). Une signalisation lumineuseadapte informe alors lesutilisateurs.

Une installation de ce typea t ralise au CentreScientifique etTechnologique de Saint-Denis de lIUFM de Crteil.Elle a t valide parlorganisme de contrlecharg de ltablissementet est donc parfaitement lgale. Elle permet,lorsque le mode dedistribution IT est choisi,deffectuer un certainnombre de travauxpratiques relatifs aux savoir-faire prsents ci-dessus.

Antonio RodriguezIUFM de Crteil

Ces tudes, en fixant uncahier des charges prcistir de la ralit, permettentde mettre en vidence desproblmes plus concrets etles solutions qui y ont tapportes. Mais elles ne permettent pas : de vrifierexprimentalement les rsultats, dacqurir les savoir-fairelis aux matrielsspcifiques utiliss dans ce type de distribution :rglage dun CPI, recherche manuelle ousemi-automatique dunpremier dfaut, contrle deniveau disolement, mesuredu temps douverture dunDDR sur double dfaut.

Ces aspects pratiques sont pourtant essentiels, en particulier pour deslves de BEP ou de Bac.Professionnel.

Cest pourquoi les guidesdquipement de la filirelectrotechniqueprvoient lexistence dun lot IT dans la zonedes systmes .

Armoire de distribution installe lIUFM - Saint-Denis.

GuideTechnique 15


ILOT IT

Rseau 3 X 400 V

Q1

K-40A

300 mA

KM0

Gnral

Arrts d'urgence

KM1

POSITION IT

T116 kVA

CPI + Cardew

Q2

40 A

KM2 KM3

POSITION IT POSITION TT

Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 D-10A D-10A D-10A D-25A D-10A

30 mA 30 mA 30 mA 30 mA 30 mA

Canalis 1 Canalis 2 Canalis 3 Canalis 4 Rserve

Dparts alimentations systmes

Unifilaire armoire TT-IT

Exploitation de linstallationdidactique

Niveau disolement

Le niveau disolement duneutre par rapport la terreest contrl en permanence.Quel est le principe mis enuvre dans lappareileffectuant ce contrlepermanent, qui lui permetde dtecter indiffremmentun dfaut disolementneutre-terre ou phase-terre ?Mesurer la valeur courantedu niveau disolement.Dterminer le seuil partirduquel une alarme indiqueune isolation insuffisante.Quelle est la plage derglage de ce seuil ?

Comportement delinstallation surdfauts

Premier dfaut : des dfauts successifsdisolement la terre sontsignals.Proposer une procduremanuelle de recherche dechaque dfaut nencessitant pasdappareillage spcialis.Quelle sont les limites decette dmarche dans uncontexte industriel ?Sinformer sur le principedu dispositif de recherchede dfauts existant. Mettreen uvre ce dispositif pourlocaliser les dfauts.Comment se seraitcomporte une installationquivalente, mais raliseselon le schma TT, lors dechaque dfaut ? Conclure.

Second dfaut :un premier dfaut signalest acquitt, mais nonsupprim. De nouveauxdfauts apparaissentsuccessivement. Expliquer le comportementde linstallation danschaque cas.Que doit-il se passer lors de deux dfautsdisolement francs sur deuxconducteurs diffrents ?Comment peut-onprovoquer cette situation en toute scurit ? Crerces deux dfauts et releverle courant de dfaut Id(t)Commenter ce relev.

Scurit des personnesen cas de double dfaut :linstallation du site est trspeu tendue. On supposenanmoins, lors dundouble dfaut francdisolement sur deuxphases diffrentes :- que les deux dfautsdisolement la masse sontsitus sur deux dpartsdistincts, et suffisamment loin de la source pour que lon puisse admettreque les lignes qui lesalimentent ont les mmeslongueurs,- quils sont suffisammentproches gographiquementpour permettre un contactsimultan avec les deuxmasses mtalliques endfaut,- que les tensions de sortiede la source sont gales 80 % des valeursnominales pendant ledouble dfaut.

Dterminer dans cesconditions si un utilisateur,en contact simultan avec les deux massesmtalliques en dfaut, se trouve en danger.

ExploitationpdagogiqueProposer une squencepdagogique, caractreexprimental, visant mettre en vidence, avec des lves de Baccalaurat ProfessionnelE.I.E., les spcificits dunedistribution selon le schma IT.

Contrle de la slectivit

Justifier la courbe dedclenchement desdisjoncteurs installs dans larmoire.Les disjoncteursdivisionnaires installs sontdiffrentiels. Pourquoi ?La slectivit est-elletoujours assure entre

le disjoncteur gnral et lesdisjoncteurs divisionnaires ?Vrifier cette proprit en provoquant en toutescurit une srie de doubles dfauts.

GuideTechnique16


Prv

0,5 125 ASystme multi 9

100 630 ACompact + Vigi

1 8 000 AVigirex + tores

0,5 125 ADisjoncteur multi 9(ou fusible)

80 3 200 ADisjoncteur Compact

800 6 300 ADisjoncteur Masterpact

ention possible avec : Vigirex option P Compact NS avec bloc surveillance isolement

Dispositifsdiffrentielsrsiduels

Si les conditions de protection des personnes etdes biens ne sont pas remplies utiliser des DDRen TN-S

Au 2me dfaut protection par dispositifs contreles surintensits

Dispositifscontre lessurintensits

Limiteur de surtensioncontrleur permanentdisolement

N 1 2 3PE

Limiteur de surtensionCardew C(transfo HT/BT)

Contrle permanentd'isolementVigilohm/Vigilohm system

Recherche automatiqueVigilohm system

Recherche manuelle Vigilohm system

Appareillage

Principalesnormes etdcrets- CEI 364 : installationlectrique des btiments,- CEI 479 : effets ducourant lectrique passantpar le corps humain,- NF C 15-100 :installations lectriques basse tension,- NF C 63-080 : dispositifsde contrle permanentsdisolement et dispositifs delocalisation de dfautsassocis.

Les CahiersTechniques- N 172 : les Schmas deLiaison la Terre,- N 173 : les Schmas deLiaison la Terre dans lemonde et volutions,- N 177 : les Perturbationsdes Systmes Electroniqueset Schmas de Liaison laTerre.

Les derniers CahiersTechniques parus peuvent tre tlchargs sur Internet partir du site Schneider.Code :http ://www.schneider-electric.comRubrique : matrise de llectricit

Bibliographie

Avertissement

Schneider dgage toute responsabilit conscutive lutilisation incorrecte desinformations et schmas reproduits dans le prsent guide, et ne saurait tretenu responsable ni dventuelles erreurs ou omissions, ni de consquenceslies la mise en uvre des informations et schmas contenus dans ce guide.

Les Schmas de Liaison la Terre Rgimes de neutre et SLTDfauts disolement et risquesProtection des personnes et des biensSchma TTSchma TNSchma ITPerturbations lectromagntiquesCourants harmoniquesCourants dans le PEFoudre au solRayonnementsCourants vagabondsComparatif des SLTTableau comparatif des SLTExemples dapplicationEtude dune distributionAppareillageBibliographie

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