1.1.1 Cas d un fil de neutre non distribué

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1 1. Etude d un déséquilibre homopolaire provoqué par les charges. Seuls les réseaux ayant leur neutre relié directement à la terre sont susceptibles d alimenter des charges monophasée déséquilibrées et asynchrones raccordées entre une phase et le neutre. Deux cas doivent être étudiés: Le neutre du réseau est constitué par la terre reliée localement au neutre du transformateur. Le neutre du réseau est distribué et interconnecté en ligne avec les prises de terre du neutre. Considérons tout d abord un réseau basse tension dont le neutre est constitué par la terre Cas d un fil de neutre non distribué Les charges monophasées sont raccordées respectivement entre une phase et la terre. Elles sont déséquilibrées et asynchrones. Le système électrique au point P est représenté par le diagramme ci dessous. V V 401 V 387 V 223 V V V I 2 15,6 A 403 V Les composantes symétriques au point P montrent la présence d un déséquilibre inverse ( Vi x100 = 2,6% ) et Vd d un déséquilibre homopolaire. Au point P, la tension aux bornes de la charge vaut15,6 230² = 46,8V. Le rendement de cette charge est alors de 4%. Cette anomalie résulte de la forte valeur relative de la résistance de prise de terre (10 ) par rapport à l impédance de la charge 17,6 kw (3 ). En présence d un tel résultat, l exploitant peut être tenté d améliorer les prises de terre. Etudions le système électrique au point P après amélioration de la prise de terre locale (p 1 =1 ). V 2 On constate que la tension V 2 par rapport à la terre lointaine vaut maintenant 129 V. La tension aux bornes de la charge ayant pour valeur ² = 96V, le rendement de la charge est alors de 17,4%. Les composantes symétriques au point P deviennent 292V 401 V Les surtensions des phases V 2 et V 3 par rapport à la terre lointaine sont amplifiées, le déséquilibre des tensions composées est accentué ( Vi x100 = 5,4% ) Vd 32 A 370 V 129 V 402 V 283 V

2 Ce type de réseau, ne peut fonctionner que si la puissance correspondant au bilan des charges déséquilibrées est négligeable. Pour des déséquilibres plus importants, on interconnecte le neutre et les prises de terre afin de constituer un réseau de terre de neutre. On dit alors que le neutre est distribué (1) Cas d un fil de neutre distribué Rappelons qu un réseau de terre de qualité doit: Etablir un potentiel de référence commun au réseau. Ecouler les courants de défaut à la fréquence industrielle. Réduire les tensions de pas et de touché. Amortir les perturbations BF et HF conduites ou rayonnées. Assurer la protection des personnes et des biens. Respecter les engagements contractuels ou réglementaires. L exploitant doit alors: Choisir un conducteur de neutre de section suffisante capable de supporter le courant maximal de neutre. Réaliser suivant les règles de l art les connexions et les jonctions sur le fil de neutre. Réaliser des prises de terre de faible résistance dans des conditions économiques acceptables. Respecter la réglementation en vigueur concernant la séparation des prises de terre. ous allons étudier le cas extrême d un réseau basse tension fortement chargé pour les conditions suivantes: 1 er cas : Le réseau est le siège d un fort déséquilibre. 2 eme cas: Le réseau est le siège d un fort déséquilibre, le conducteur de neutre présente une résistance de jonction. 3 eme cas: Le réseau est le siège d un fort déséquilibre, il existe une rupture dans le conducteur de neutre Le réseau est le siège d un fort déséquilibre 60,7 A In 251 V 240 V 382 V 239 V 16,2 V 245 V 62,3 A 187 V 396 V La tension V- représente le déplacement de point neutre au point considéré. 1 Cette variante est surtout utilisée dans les réseaux de distribution B.. et H..A

3 Mesures effectuées le 8 Janvier 1995 au point P 180 0h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h Le profil de tension est perturbé par le déséquilibre homopolaire. La phase la plus chargée subit une baisse de tension alors que la phase la moins chargée voit s élever la sienne. Cette perturbation affecte le fonctionnement des charges raccordées au réseau. C est ainsi qu une lampe de 100W (sous 230V) alimentée par la phase 2 au point P aurait un rendement de 68%. Le déplacement du point neutre dépend du bilan de charges et de l impédance homopolaire au point considéré. L impédance équivalente du réseau général des terres est fixée essentiellement par l impédance du conducteur de neutre. En début de réseau, la faible impédance homopolaire du transformateur limite l amplitude du déplacement de point neutre. On réduit la valeur du déplacement de point neutre en augmentant la section du conducteur de neutre et (ou) en réduisant le déséquilibre des charges. Les usagers des réseaux B.. sont plus sensibles aux variations de tension qu à la valeur de la tension elle-même. A certains moments de la journée et notamment le soir, les réseaux urbains et périurbains alimentent essentiellement des charges domestiques fortement déséquilibrées. Les perturbations engendrées peuvent être alors importantes et particulièrement gênantes. Contrairement aux courts-circuits, ces déséquilibres présentent un caractère que l on peut considérer comme permanent. Ils peuvent donc engendrer des perturbations non conformes aux engagements contractuels. On peut atténuer les conséquences de ces déséquilibres en agissant sur deux leviers: Le réseau: Restructuration du réseau. Augmentation de la section du neutre du réseau. Amélioration du réseau général des terres. Les clients: Alimentation en triphasé des clients dont la demande est importante 2. Pour les cas difficiles, afin de réduire le courant dans le neutre, on peut envisager l insertion, à l endroit du déséquilibre, d une bobine de point neutre, couplée en zigzag, présentant une faible impédance homopolaire. 2 Ceux-ci devront alors gérer les déséquilibres provoqués par leurs charges.

4 386 V lambert.michelp@orange.fr Extrait de l ouvrage «La pratique des régimes de neutre» Conséquences d une augmentation de la résistance du conducteur de neutre. Le neutre présente au point Q une résistance de jonction de 1 In 45,6 A 243 V 273 V 46,2 V 274 V 245 V 50,2 A 151 V 398 V L augmentation de l impédance du conducteur de neutre augmente le déséquilibre des tensions simples. Dans l exemple ci-dessus, les phases les moins chargées sont en surtension alors que les charges raccordées sur la phase 2 au point P subissent un creux de tension. La puissance dissipée par une lampe de 100 W raccordée sur la phase 2 ne sera que de 45,4 W. Ces perturbations présentent un caractère aléatoire puisqu elles dépendent de la répartition des charges à un instant donné. Elles peuvent également être considérées comme des phénomènes permanents puisqu elles sont présentes durant des périodes pouvant être importantes. Elles provoquent un vieillissement prématuré des équipements et une gêne visuelle pour les personnes sensibles aux variations d éclairage. C est d ailleurs ce phénomène qui alerte la clientèle puis l exploitant sur l existence d une anomalie. Il faut souligner également que l augmentation de la résistance d une jonction provoque son échauffement (2 kw dans l exemple ci-dessus) pouvant dégénérer jusqu à la rupture du conducteur de neutre à plus ou moins long terme Conséquences de la rupture d un conducteur de neutre Il existe une rupture dans le conducteur de neutre entre les points P et Q 231 V 397V 353V 233 V 175 V 357 V 402 V 53 V On constate dans cet exemple que les tensions simples V 1- et V 3- atteignent des valeurs voisines de celle de la tension composée. Du fait de sa durée, une «rupture de neutre» se traduit souvent par la destruction des

5 équipements raccordés sur les phases en surtension. Durant cet événement, les matériels les plus vétustes seront détruits les premiers, accentuant le déséquilibre et provoquant un effet d avalanche. Les réseaux de distribution ne sont pas équipés de dispositifs de protection contre les effets de la rupture du neutre. Seuls des dispositifs, installés chez les clients, détectant les surtensions à fréquence industrielle (3) et capables d isoler rapidement l installation 4, peuvent éviter la destruction des équipements du client. En Conclusion : Sur des réseaux fortement déséquilibrés, il n est pas facile, de respecter les obligations contractuelles et réglementaires. Pour réaliser des études de réseau, l exploitant doit pouvoir disposer d outils informatiques utilisant des modèles prenant en compte l asynchronisme des charges monophasées. Il doit également, lorsque cela est possible, privilégier le raccordement triphasé pour les charges fortement déséquilibrées. Il peut également raccorder les clients fortement chargés et déséquilibrés par des lignes dédiées en veillant à la qualité du conducteur de neutre. Un réseau alimentant des charges monophasées asynchrones doit posséder un réseau de terre de très bonne qualité et un conducteur de neutre en bon état. 3 Les parafoudres sont inefficaces vis à vis des surtensions à la fréquence industrielle. 4 Ce qui accentuera l effet d avalanche précédemment cité.