COURS N 2 : Schéma de liaison à la terre : T.N. DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES DURÉE.

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1 COURS N 2 : Schéma de liaison à la terre : T.N. DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES DURÉE FIN DU COURS {? heures} Page 1 sur 17

2 Tableau de comité de lecture Date de lecture Lecteurs Observation Remarques rédacteur Date modifications 22 septembre 2000 Première Version 22 septembre mai 2001 CROCHET David Mise à jour des données de cette page (mail et adresse) 21 mai 2001 Quote of my life : Fournir ma contribution aux autres est ma philosophie. Et la vôtre? Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante : Ce dossier contient : Crochet.david@free.fr Un dossier élève (pages 4 à -) Un dossier prof (pages - à -) Un transparent (page - à -) Adresse Professionnel : CROCHET David Professeur de Génie électrique Lycée Joliot CURIE Place du Pigeon Blanc HIRSON (Adresse valable jusq'au 30 juin 2002 Page 2 sur 17

3 COURS N 2 Schéma de liaison à la terre : T.N. Niveau : 1 STI GET Lieu : Salle de cours Durée :? heures Organisation : Classe entière LIAISON AU RÉFÉRENTIEL Les élèves doivent être capables : - PRÉ-REQUIS Les élèves devront être capables de : - OBJECTIFS NIVEAU D'APPRENTISSAGE - Passive MÉTHODE Page 3 sur 17

4 S.T.I. - G.E.T. B 2 ÉLECTROTECHNIQUE SCHÉMA DE LIAISON À LA TERRE DOSSIER PÉDAGOGIQUE COURS N 2 Schéma de liaison à la terre : T.N. Objectif : Définir les différents schémas de liaison à la terre Expliciter le schéma T.N. Documents : Secteur : Salle de cours Durée :? heures Page 4 sur 17

5 Schéma de liaison à la terre T.N. 1. Généralités Les réseaux de distribution sont caractérisés par : - La nature du courant CC : Courant Continu (DC) CA : Courant alternatif (AC) - Le nombre de conducteur actif De 2 à 4 conducteurs - Les liaisons à la terre 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 Caractérisés par deux lettres : - 1 ère lettre : Situation de l'alimentation par rapport à la terre T : Liaison d'un point avec la terre le neutre est directement relié à la terre I : Le neutre, non relié directement à la terre, peut-être - Isolé de la terre - Ou relié à la terre par une impédance relativement élevée - 2 ème lettre : Situation des masses de l'installation par rapport à la terre T : Masses reliées directement à la terre N : masses reliées au neutre de l'installation Il y a 3 schémas de liaison à la terre : - T.T. - T.N.C. T.N.S. - I.T. 2. Le schéma de liaison à la terre T.N., neutre relié à la terre et masse au neutre Dans ce type de schéma, toutes les masses de l'installation sont reliées au point de l'alimentation mis à la terre, en général le neutre, par des conducteurs de protection. Ce raccordement direct transforme tout défaut d'isolement en court-circuit Phase Neutre. Ce défaut ne pourra être éliminé que par les dispositifs de protections contre les courts-circuits : - Les fusibles - Les disjoncteurs magnétiques 2.1. Principe Page 5 sur 17

6 Z D : Impédance de la boucle de défaut I d : Courant de défaut I a : Courant assurant le fonctionnement du dispositif de protection U O : Tension nominale entre Phase et terre (Tension simple Ph N) U C : Tension de défaut La coupure automatique en schéma T.N. s'obtient en s'assurant que l'intensité de défaut est suffisant pour déclenche les protections contres les courts-circuits, d'où la règle : U O I d = > Zs I a HT / 380 V I d L 1 L 2 L 3 N Élévation du potentiel des masses en régime T.N. Boucle de défaut L'élévation du potentiel des masses sera U d'autant plus faible que le conducteur de C protection sera de bonne qualité (minimiser le plus possibles la tension de contact et maximiser le courant de défaut) 3. Le schéma de liaison à la terre de type T.N.-C Introduction La troisième lettre C signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont confondus. La priorité des couleurs des conducteurs impose donc le vert/jaune pour ce conducteur de protection. Afin de le différencier des noms usuels du neutre et du conducteur de protection, il portera le nom PEN. Ce schéma est interdit pour des sections inférieures à 10 mm² ainsi que pour les canalisations mobiles Schéma de principe HT / 380 V I d L 1 Pour un défaut d'isolement d'impédance très faible entre la phase 1 et la masse, Le courant de défaut va atteindre la valeur d'un courant de court-circuit. Il faut donc que ce soit les disjoncteurs (ou les fusibles) qui doivent réagir. Boucle de défaut U C L 2 L 3 PEN Page 6 sur 17

7 3.3. Calculs simplifiés Soit Z 1 et Z PEN, les impédances respectives des conducteurs de la phase 1 et du conducteur PEN. En considérant Z 1 = Z PEN, déterminer la valeur du potentiel de masses U c en cas de défaut franc. U Z = V Z PEN c = PEN + Z1 V 2 Ce qui donne U c = 115 V. D'après les courbes de sécurité, dans les conditions normales (U L = 50V), les dispositifs de protection doivent déclencher en moins de 200 ms Problèmes posés par la longueur des canalisations électriques Dans le dossier annexe est donné la courbe de déclenchement d'un disjoncteur moteur (déclencheur thermique et déclencheur magnétique). Soit son courant de réglage à 50 A. Si le défaut d'isolement provoque un courant de court-circuit de 1000 A. Le temps de déclenchement de ce disjoncteur sera de 75 ms. La valeur de la résistance d'un conducteur de section s et de longueur l est définie par l la loi : R = ρ (ρ = 0,0225 Ω mm².m -1 ). Pour la valeur de la réactance X= λl (λ = 0,08 s Z R² + mω.m -1 ) et = X². La valeur de Z est donc dépendante de la longueur l du circuit. Si l'on double la longueur du circuit précédent, on double Z et on réduit la valeur du court-circuit par 4 (1 aller-retour). La valeur du courant de court-circuit est donc de 250 A mais dans ces mêmes conditions la tension de contact n'a pas changé. Avec ce même disjoncteur - moteur, la protection va se déclencher au bout de 3 secondes. Dans ces conditions, le seul moyen d'amélioré la protection est soit : - D'augmenter la section des conducteurs (si s augmente, R diminue donc Z diminue et I d augmente) - Soit de prendre un disjoncteur dont le seuil du déclencheur magnétique est plus faible - Soit de rajouter un D.D.R.F.S. (>1 A) sur le départ afin qu'il puisse se déclencher sur un défaut 3.5. Avantages et inconvénients du TN-C - Économie d'un conducteur (le neutre et le PE sont confondue) - Économie sur le matériel (matériel 3 Pôles au lieu de 3 Pôles + neutre ou de 4 pôles) Cas du branchement d'un appareil avec distribution du neutre et rupture du PEN. Page 7 sur 17

8 Si un défaut apparaît et que le conducteur PEN est coupé, on constate bien que la tension de défaut devient dangereuse et qu'aucun dispositif ne peut le couper. HT / 380 V L 1 L 2 L 3 PEN C'est pour cela que la section des conducteurs doit être au minimum de U C 10 mm² pour le cuivre et de 16 mm² pour l'aluminium afin de ne pas avoir les conducteurs mécaniquement fragiles. Il en est de même pour les conducteurs mobiles. Dans ces derniers cas, ce sera le schéma T.N.-S. qui sera retenu. 4. Le schéma de liaison à la terre de type T.N.-S. La troisième lettre S signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont séparé. Nous remarquons que le défaut provoque un court-circuit et que ces sont les dispositifs de protections contres les court-circuits qui doivent se déclencher. HT / 380 V I d L 1 L 2 L 3 N Ce schéma est obligatoire en cas de section inférieur à 10 mm² pour le cuivre et en cas de canalisations mobiles. Boucle de défaut U C Ce schéma de liaison n'est jamais suivi d'un schéma T.N.-C. Du poste d'alimentation vers notre récepteur, on peut passer du schéma T.N.-C. vers le schéma T.N.-S. mais jamais l'inverse (du T.N.-S. vers de T.N.-C.) 5. Conclusion : Ce schéma de liaison impose quelques contraintes : - Être propriétaire du poste de transformation afin de pouvoir effectuer le changement de schéma. - La nécessité d'avoir un personnel d'entretien très compétent - La nécessité d'un contrôle périodique de la continuité et de la qualité du conducteur de protection - La nécessité d'avoir des prises de terres uniformément réparties dans toute l'installation - La nécessité d'une vérification obligatoire au déclenchement au premier défaut soit par des mesures réelles ou par calcul - L'augmentation des risques d'incendie du fait des forts courants de défaut Page 8 sur 17

9 L'usage du schéma T.N.-C. : - Permet de faire une économie à l'installation (suppression d'un pôle d'appareillage et d'un conducteur) - Implique l'utilisation de canalisation fixes (NF-C ) - Interdit l'usage de faibles sections (10 mm² Cu et 16 mm² Al) L'usage du schéma T.N.-S. : - Est utilisable avec les petites sections - Permet la séparation du neutre et du P.E. (éviter la pollution du P.E. en informatique) - Est obligatoire dans les locaux à risques d'incendie. Page 9 sur 17

10 S.T.I. - G.E.T. B 2 ÉLECTROTECHNIQUE SCHÉMA DE LIAISON À LA TERRE DOSSIER PROFESSEUR COURS N 2 Schéma de liaison à la terre : T.N. Objectif : Définir les différents schémas de liaison à la terre Expliciter le schéma T.N. Documents : Secteur : Salle de cours Durée :? heures Page 10 sur 17

11 Schéma de liaison à la terre T.N. 1. Généralités Les réseaux de distribution sont caractérisés par : - La nature du courant CC : Courant Continu (DC) CA : Courant alternatif (AC) - Le nombre de conducteur actif De 2 à 4 conducteurs - Les liaisons à la terre 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 Caractérisés par deux lettres : - 1 ère lettre : Situation de l'alimentation par rapport à la terre T : Liaison d'un point avec la terre le neutre est directement relié à la terre I : Le neutre, non relié directement à la terre, peut-être - Isolé de la terre - Ou relié à la terre par une impédance relativement élevée - 2 ème lettre : Situation des masses de l'installation par rapport à la terre T : Masses reliées directement à la terre N : masses reliées au neutre de l'installation Il y a 3 schémas de liaison à la terre : - T.T. - T.N.C. T.N.S. - I.T. 2. Le schéma de liaison à la terre T.N., neutre relié à la terre et masse au neutre Dans ce type de schéma, toutes les masses de l'installation sont reliées au point de l'alimentation mis à la terre, en général le neutre, par des conducteurs de protection. Ce raccordement direct transforme tout défaut d'isolement en court-circuit Phase Neutre. Ce défaut ne pourra être éliminé que par les dispositifs de protections contre les courts-circuits : - Les fusibles - Les disjoncteurs magnétiques 2.1. Principe Page 11 sur 17

12 Z S : Impédance de la boucle de défaut I d : Courant de défaut I a : Courant assurant le fonctionnement du dispositif de protection U O : Tension nominale entre Phase et terre (Tension simple Ph N) U C : Tension de défaut La coupure automatique en schéma T.N. s'obtient en s'assurant que l'intensité de défaut est suffisant pour déclencher les protections contres les courts-circuits, d'où la règle : U O I d = > Zs I a HT / 380 V I d L 1 L 2 L 3 N Élévation du potentiel des masses en régime T.N. Boucle de défaut L'élévation du potentiel des masses sera U d'autant plus faible que le conducteur de C protection sera de bonne qualité (minimiser le plus possibles la tension de contact et maximiser le courant de défaut) 3. Le schéma de liaison à la terre de type T.N.-C Introduction La troisième lettre C signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont confondus. La priorité des couleurs des conducteurs impose donc le vert/jaune pour ce conducteur. De protection Afin de le différencier des noms usuels du neutre et du conducteur de protection, il portera le nom PEN. Ce schéma est interdit pour des sections inférieures à 10 mm² ainsi que pour les canalisations mobiles Schéma de principe HT / 380 V I d L 1 Pour un défaut d'isolement d'impédance très faible entre la phase 1 et la masse, Le courant de défaut va atteindre la valeur d'un courant de court-circuit. Il faut donc que ce soit les disjoncteurs (ou les fusibles) qui doivent réagir. Boucle de défaut U C L 2 L 3 PEN Page 12 sur 17

13 3.3. Calculs simplifiés Soit Z 1 et Z PEN, les impédances respectives des conducteurs de la phase 1 et du conducteur PEN. En considérant Z 1 = Z PEN, déterminer la valeur du potentiel de masses U c en cas de défaut franc. U Z = V Z PEN c = PEN + Z1 V 2 Ce qui donne U c = 115 V. D'après les courbes de sécurité, dans les conditions normales (U L = 50V), les dispositifs de protection doivent déclencher en moins de 200 ms Problèmes posés par la longueur des canalisations électriques Dans le dossier annexe est donné la courbe de déclenchement d'un disjoncteur moteur (déclencheur thermique et déclencheur magnétique). Soit son courant de réglage à 50 A. Si le défaut d'isolement provoque un courant de court-circuit de 1000 A. Le temps de déclenchement de ce disjoncteur sera de 75 ms. La valeur de la résistance d'un conducteur de section s et de longueur l est définie par l la loi : R = ρ (ρ = 0,0225 Ω mm².m -1 ). Pour la valeur de la réactance X= λl (λ = 0,08 s Z R² + mω.m -1 ) et = X². La valeur de Z est donc dépendante de la longueur l du circuit. Si l'on double la longueur du circuit précédent, on double Z et on réduit la valeur du court-circuit par 4 (1 aller-retour). La valeur du courant de court-circuit est donc de 250 A mais dans ces mêmes conditions la tension de contact n'a pas changé. Avec ce même disjoncteur - moteur, la protection va se déclencher au bout de 3 secondes. Dans ces conditions, le seul moyen d'amélioré la protection est soit : - D'augmenter la section des conducteurs (si s augmente, R diminue donc Z diminue et I d augmente) - Soit de prendre un disjoncteur dont le seuil du déclencheur magnétique est plus faible - Soit de rajouter un D.D.R.F.S. (>1 A) sur le départ afin qu'il puisse se déclencher sur un défaut Avantages et inconvénients du TN-C - Économie d'un conducteur (le neutre et le PE sont confondue) - Économie sur le matériel (matériel 3 Pôles au lieu de 3 Pôles + neutre ou de 4 pôles) Cas du branchement d'un appareil avec distribution du neutre et rupture du PEN. Page 13 sur 17

14 Si un défaut apparaît et que le conducteur PEN est coupé, on constate bien que la tension de défaut devient dangereuse et qu'aucun dispositif ne peut le couper. HT / 380 V L 1 L 2 L 3 PEN C'est pour cela que la section des conducteurs doit être au minimum de U C 10 mm² pour le cuivre et de 16 mm² pour l'aluminium afin de ne pas avoir les conducteurs mécaniquement fragiles. Il en est de même pour les conducteurs mobiles. Dans ces derniers cas, ce sera le schéma T.N.-S. qui sera retenu. 4. Le schéma de liaison à la terre de type T.N.-S. La troisième lettre S signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont séparé. Nous remarquons que le défaut provoque un court-circuit et que ces sont les dispositifs de protections contres les court-circuits qui doivent se déclencher. HT / 380 V I d L 1 L 2 L 3 N Ce schéma est obligatoire en cas de section inférieur à 10 mm² pour le cuivre et en cas de canalisations mobiles. Boucle de défaut U C Ce schéma de liaison n'est jamais suivi d'un schéma T.N.-C. Du poste d'alimentation vers notre récepteur, on peut passer du schéma T.N.-C. vers le schéma T.N.-S. mais jamais l'inverse (du T.N.-S. vers de T.N.-C.) 5. Conclusion : Ce schéma de liaison impose quelques contraintes : - Être propriétaire du poste de transformation afin de pouvoir effectuer le changement de schéma. - La nécessité d'avoir un personnel d'entretien très compétent - La nécessité d'un contrôle périodique de la continuité et de la qualité du conducteur de protection - La nécessité d'avoir des prises de terres uniformément réparties dans toute l'installation - La nécessité d'une vérification obligatoire au déclenchement au premier défaut soit par des mesures réelles ou par calcul - L'augmentation des risques d'incendie du fait des forts courants de défaut Page 14 sur 17

15 L'usage du schéma T.N.-C. : - Permet de faire une économie à l'installation (suppression d'un pôle d'appareillage et d'un conducteur) - Implique l'utilisation de canalisation fixes (NF-C ) - Interdit l'usage de faibles sections (10 mm² Cu et 16 mm² Al) L'usage du schéma T.N.-S. : - Est utilisable avec les petites sections - Permet la séparation du neutre et du P.E. (éviter la pollution du P.E. en informatique) - Est obligatoire dans les locaux à risques d'incendie. Page 15 sur 17

16 S.T.I. - G.E.T. B 2 ÉLECTROTECHNIQUE SCHÉMA DE LIAISON À LA TERRE DOSSIER RESSOURCES COURS N 2 Schéma de liaison à la terre : T.N. Objectif : Définir les différents schémas de liaison à la terre Expliciter le schéma T.N. Documents : Secteur : Salle de cours Durée :? heures Page 16 sur 17

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