Mises a Terre

..........................................................................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

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) .

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.

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


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


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.


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


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.


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


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.


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).


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


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


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


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.


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


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


la tension


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

=

+


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


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


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.


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


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).


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


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),


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 ;


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>


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).


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.


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

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

Documents

Mises a Terre