LES SCHEMAS DES LIAISONS A LA TERRE (LES REGIMES DE NEUTRE)

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1 LES SCHEMAS DES LIAISONS A LA TERRE (LES REGIMES DE NEUTRE) Les réseaux de distribution sont caractérisés essentiellement par la nature du courant et le nombre de conducteurs actifs, ainsi que par les liaisons à la terre ou régime de neutre. La sécurité des personnes et du matériel est assurée différemment en fonction du schéma de liaison à la terre utilisé dans une installation électrique. Les trois schémas de liaison à la terre : Leur rôle est de limiter les risques encourus par les personnes et les biens. La norme NF C définit trois schémas de liaison à la terre qui sont caractérisés par deux lettres. 1 ère lettre : elle indique la situation du neutre de l alimentation par rapport à la terre T : liaison du neutre avec la terre I : neutre isolé de la terre, ou liaison du neutre à la terre par une impédance _ 2 ème lettre : elle indique la situation des masses métalliques de l utilisation par _ rapport à la terre. T : liaison des masses de l utilisation avec la terre N : liaison des masses de l utilisation avec le neutre 3 ème lettre : elle concerne seulement le régime TN C : conducteur de protection et conducteur neutre sont confondus S : conducteur de protection et conducteur neutre sont séparés 1 ère lettre : T I 2 ème lettre : T T 3 ème lettre : T N C T N S BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 1 sur 14 P.G /B/P.L.

2 Régime TT : Principe : NEUTRE T MASSE T Schéma : Réseau Triphasé + Neutre 230 / 400 V 50 Hz Ph 1 Ph 2 Ph 3 N ( : résistance de la prise de terre du neutre) R m M (R m : résistance de la prise de terre des masses) Dans ce schéma, le _ neutre de la source _ d alimentation est mis _ à la terre, _ les masses _ sont reliées entre elles et mises à la terre. BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 2 sur 14 P.G /B/P.L.

3 Que se passe-t-il en cas de défaut : Ph 1 Ph 2 Ph Volts N Lorsqu une phase touche la masse, il y a circulation d un courant de défaut dans la boucle constituée par et R m => élévation du potentiel de cette masse. R m Rc M Rn : résistance de terre du neutre 5 Rm : résistance de terre des masses 25 Rd : résistance de contact du défaut 0,1 I d = I d = 230 V I d Rd I c Tension U d présente entre la terre et l enveloppe de l appareil. Ud = C est une tension R m U d R c Courant traversant le corps : R c = R corps = 2000 I c = Ic = BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 3 sur 14 P.G /B/P.L.

4 Nous venons de voir qu au cas où surviendrait un défaut d isolement, il y a une élévation dangereuse du potentiel des masses métalliques, qui normalement sont à un potentiel nul (0 V). Comment se protéger contre ce type de défaut : (en schéma TT) En appliquant ces trois règles : 1 ) Coupure automatique de l alimentation en cas de défaut : Il doit y avoir coupure immédiate de l alimentation électrique du circuit en défaut, dès l apparition de celui-ci. 2 ) Liaison équipotentielle : Toutes les masses des matériels électriques, protégées par un même dispositif de protection doivent être interconnectées avec les conducteurs de protections et reliées à une même prise de terre. 3 ) La condition suivante doit être satisfaite : R m = résistance de la prise de terre des masses I a = courant de fonctionnement du dispositif de protection U L = tension limite de contact, selon les conditions elle peut être de 50 V, 25 v ou 12 V selon les locaux. Dispositif de protection : Dans les schémas TT, on assure la protection par un dispositif à courant différentiel résiduel. Dans ce cas, le courant I a est égal au courant différentiel résiduel du disjoncteur. Sensibilité du différentiel I n : La sensibilité d un interrupteur différentiel résiduel est indiquée par le symbole I n. Dans le cas ou l on veut aussi assurer la protection contre les courts-circuits, on emploie un disjoncteur magnéto thermique muni d un relais différentiel. Emplacement des dispositifs différentiels : - Toute installation TT doit être protégée au moins par un dispositif différentiel résiduel à l origine de l installation. (Valeur normalisée pour la sensibilité des DDR : 1 A, 650 ma, 500 ma, 300 ma, 100 ma, 30 ma, 20 ma, 10 ma, 6 ma) - Dans le cas où l on doit protéger différents départs avec des dispositifs différentiel résiduels de différentes sensibilités on peut utiliser le schéma ci-contre (qui évite la coupure générale de l installation en cas de défaut). BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 4 sur 14 P.G /B/P.L.

5 Conclusion : - Les disjoncteurs différentiels sont obligatoires en régime TT pour assurer la sécurité des personnes. - La valeur de la prise de terre est déterminante lors du choix du différentiel. - Il est possible de calculer la valeur de la tension de défaut ou de la prise de terre par la formule Ud : tension de défaut ( U L ). Ud = Rm x Id. Rm : résistance de la prise de terre des masses Id : valeur du courant de défaut ( = I n ) Avantages, inconvénients, utilisations : - Ce schéma de liaison à la terre présente l'avantage d'assurer parfaitement la sécurité des biens et des personnes - Il ne nécessite pas de personnel qualifié pour entretenir les installations. - Par contre les installations sont coupées dès le premier défaut. C'est pourquoi, elle convient parfaitement à toutes les installations devant recevoir du public, et à toutes les installations faites pour des particuliers non qualifiés en électricité. Le schéma TT est le schéma qui est mis en place par E.D.F. pour les réseaux de distributions d abonnés. Remarque : En régime TT tout appareil qui n'est pas connecté à la terre fait courir un danger de mort pour son utilisateur. (d où l importance de la résistance de prise de terre et des liaisons équipotentielles). Il est important de s'assurer à la construction que la résistance de la prise de terre est conforme Exercice d application Schéma TT : Dans une installation en schéma TT, la résistance d un four, alimentée en 230 V monophasé, se met en court-circuit avec l enveloppe métallique du four. (contact entre la phase et la masse avec une résistance de 5 ). Connaissant la résistance du neutre (qui est de 6 ), et de la prise de terre (qui est de 14 ). Calculez : a) le courant de défaut b) la tension de contact 230 V I d Rd 5 a) Id = 230 / ( ) = 9,2 A. Id = 9,2 A. 6 R m 14 U d b) Ud = Rm x Id = 14 x 9,2 = 128,8 V. Ud = 129 V Tension mortelle. BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 5 sur 14 P.G /B/P.L.

6 Régime TN : Principe : NEUTRE T MASSE N Schéma : Réseau Triphasé + Neutre 230 / 400 V 50 Hz Ph 1 Ph 2 Ph 3 PEN PE N ATTENTION : PEN On n a pas le droit de réaliser un schéma TN-C à la suite d un schéma TN-S 16 mm² 6 mm² Schéma TN-C Schéma TN-S Dans ce schéma, le neutre de la source d alimentation est relié à la terre et les masses sont reliées au neutre. Schéma TN-C : le conducteur de protection et le neutre sont confondus en un seul conducteur PEN Schéma TN-S : le conducteur neutre (N) est séparé du conducteur de protection électrique (PE). BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 6 sur 14 P.G /B/P.L.

7 Que se passe-t-il en cas de défaut : Ph 1 Ph 2 Ph 3 PEN PE N PEN ( : résistance de la prise de terre du neutre) Le courant de défaut I d est analogue à un court-circuit entre phase et neutre. Les prises de terre du neutre et des masses sont interconnectées. En cas de défaut, un courant I d équivalent à un court-circuit circule dans le conducteur PE ou PEN. Le courant de défaut I d est limité par l impédance totale de la boucle de défaut R d (résistance de contact du défaut) + Z ligne (impédance de la ligne) (on néglige l impédance du transformateur). I d = 230 / ( R d + Z ligne ) Exemple : Z ligne = 2 R d = 0,1 I d = 230 / ( 2 + 0,1 ) I d = 230 / 2,1 = 110 A Z ligne R d 230 V => Court-circuit I d BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 7 sur 14 P.G /B/P.L.

8 Comment se protéger contre ce type de défaut : (en schéma TN) En appliquant ces deux règles : 1 ) Coupure automatique de l alimentation en cas de défaut : S il se produit dans un endroit quelconque un défaut d isolement, entre phase et masse, ou phase et neutre, la coupure automatique et immédiate du courant doit intervenir. 2 ) Liaison équipotentielle : Toutes les masses des matériels électriques, ainsi que le neutre doivent être interconnectés et reliés à une même prise de terre. Dispositif de protection : Dans un schéma TN, on assure la protection contre les défauts d isolement par des fusibles ou des disjoncteurs. Le courant de défaut doit provoquer la fusion des fusibles ou le déclenchement des disjoncteurs dans un temps très court. Avantages, inconvénients : Le gros avantage du schéma TN est de permettre d économiser un fil, le conducteur appelé PEN joue le rôle de terre et de neutre (TN-C). (dans ce cas la coupure du conducteur PEN est interdite) Cependant, cette particularité n'est permise que pour les câbles de section supérieure à 10 mm² s'ils sont en cuivre, et 16 mm² s'ils sont en aluminium. Dans les cas où les sections sont plus faibles que celles données par la norme, il faudra séparer le conducteur de neutre (N) et le conducteur de terre (PE). (On sera alors en régime TNS) Attention les protections contre les courts circuits ne peuvent pas être remplacées par n importe quoi car les risques d incendies sont importants, il est donc très important de respecter les calibres des protections existantes. La présence de personnels qualifiés sur le site est obligatoire. BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 8 sur 14 P.G /B/P.L.

9 Régime IT : Principe : NEUTRE I MASSE T Schéma : Réseau Triphasé + Neutre 230 / 400 V 50 Hz Ph 1 Ph 2 Ph 3 Impédance du neutre Ex : 2000 Z ( : résistance de la prise de terre du neutre) R m M (R m : résistance de la prise de terre des masses) Dans ce schéma, le neutre de la source d alimentation est isolé de la terre (ou relié à la terre par une impédance élevée), les masses sont reliées entre elles et mises à la terre. BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 9 sur 14 P.G /B/P.L.

10 Que se passe-t-il en cas de défaut : 1 er Défaut Ph 1 Ph 2 Ph 3 Impédance du neutre Z C P I ( : résistance de la prise de terre du neutre) R m Rc I c M Z Au premier défaut : Lors d un premier défaut, l intensité de défaut I d 1 est limitée par l impédance complète de la boucle de défaut, à savoir : Z + + R m + R d 1 I d 1 = 230 / ( Z + + R m + R d 1 ) I d 1 = 230 / ( ) Exemple : Z = = 5 R m = 10 R d 1 = 1 (R c = V I d 1 R d 1 I c R m U d 1 (R m : résistance de la prise de terre des masses) R c I d 1 = 230 / 2016 = 0,114 A ( soit 114 ma ) tension U d 1 (tension de défaut) entre la masse de l appareil et la terre U d 1 = R m x I d 1 U d 1 = 10 x 0,114 = 1,14 V PAS DE DANGER ( Ic = 1,14 / = 0,6 ma ) BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 10 sur 14 P.G /B/P.L.

11 2 ème Défaut : Ph 1 Ph 2 Ph 3 Impédance du neutre Z C P I ( : résistance de la prise de terre du neutre) R m Rc I c M Au deuxième défaut : Le courant de deuxième défaut I d 2 est analogue à un court-circuit entre deux phases. Le courant de défaut I d 2 est limité seulement par l impédance de la boucle de court-circuit, à savoir : R d 1 + R d 2. (on néglige l impédance du transformateur et de la ligne). I d 2 = 400 / ( R d 1 + R d 2 ) Exemple : Z = R d 1 = 1 R d 2 = 2 = 5 R m = 10 R d 1 R d 2 I d 2 = 400 / ( 2 +1 ) 400 V I d 2 I d 2 = 400 / 3 = 133 A BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 11 sur 14 P.G /B/P.L.

12 Nous venons de voir qu au cas où surviendrait un deuxième défaut, cela revient à un courtcircuit entre phase. => il est donc impératif de couper le courant dès que survient un second défaut. Comment se protéger contre ce type de défaut : (en schéma IT) 1 er défaut : Comme nous l avons vu dans l exemple précédant, il n y a pas de problème au 1 er défaut. (courant I d 1 et tension U d 1 très faibles) Cependant le défaut doit être signalé à l électricien d entretien afin qu il recherche le problème et qu il répare l installation avant l apparition d un second défaut. (La norme NFC impose aux utilisateurs de régime IT d'avoir en permanence du personnel d'entretien qualifié en électricité). Contrôleur Permanent d'isolement : Pour prévenir les électriciens d'un défaut, un CPI (Contrôleur permanent d'isolement) est monté en parallèle avec l'impédance. Ce CPI doit avoir une ampoule en bon état de marche ou un klaxon indiquant l apparition d un défaut d isolement. 2 ème défaut : Le second défaut est analogue à un court circuit entre phases En appliquant ces deux règles : 1 ) Coupure automatique de l alimentation en cas de défaut : S il se produit dans un endroit quelconque un défaut d isolement, entre phase et masse, ou phase et neutre, la coupure automatique du courant doit intervenir. 2 ) Liaison équipotentielle : Toutes les masses des matériels électriques doivent être interconnectées et reliées à une même prise de terre. Dispositif de protection : Dans un schéma IT, on assure la protection contre les défauts d isolement par des fusibles ou disjoncteur. Le courant de défaut doit provoquer la fusion des fusibles ou le déclenchement des disjoncteurs dans un temps très court. Avantages, inconvénients : Ce régime présente l'avantage d'assurer une continuité de service mais il oblige son utilisateur d'avoir du personnel qualifié pour réparer avant l'apparition d'un deuxième défaut. Il est obligatoire chaque fois que la sécurité exige une continuité de service (Hôpital, éclairage etc). BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 12 sur 14 P.G /B/P.L.

13 Exercice d application Schéma IT : Dans une installation électrique à neutre isolé (IT), alimentée en triphasé 400 V, l impédance de boucle est de 2500 avec une résistance de défaut de 5. Sachant que la résistance de terre du neutre est de 10 et la résistance de terre des masses est de 20, calculez le courant de défaut I d, ainsi que la tension de défaut U d. Triphasé 400 V => tension simple de 230 V 230 V Z I d R d Courant de défaut : I d = 230 / ( ) = 0,091 A Tension de défaut : Ud = Rm x Id = 20 x 0,09 = 1,8 V R m U d Pas de danger BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 13 sur 14 P.G /B/P.L.

14 SYNTHESE DES DIFFERENTS SCHEMAS DES LIAISONS A LA TERRE Schéma : Technique d exploitation : Dispositif de protection : Caractéristiques principales : TT Coupure au 1 er défaut Dispositif à courant différentiel résiduel (disjonc. Différentiel) Simple Rm < U L / I n U C < U L TN Coupure au 1 er défaut Dispositif de protection contre les surintensités TN-C : On gagne 1 conducteur et 1 pôle sur les disjoncteurs Personnel compétent IT Signalisation au 1 er défaut Coupure au 2ème défaut CPI (contrôleur permanent d isolement) Au 2 ème défaut : Dispositif de protection contre les surintensités La continuité de l exploitation est assurée BAC ELEEC : ComT11 SLT.doc Page 14 sur 14 P.G /B/P.L.