REGIMES DE NEUTRE TN ET IT

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels REGIMES DE NEUTRE TN ET IT OBJECTIFS DU COURS Connaître le principe e protection es personnes en régime TN et IT. Savoir calculer es courants e éfauts et es tensions e contacts en régime TN et IT. A- REGIME TN : 1- Principe : Le neutre e l alimentation est mis à la terre et les masses sont reliées au neutre ; Ainsi, tout éfaut isolement est transformé en un éfaut entre ase et neutre soit un court circuit ont la valeur est limitée par l impéance es câbles. Exemple : Le éfaut entre C et la masse se referme par le conucteur e protection électrique P.E.N. A B F E N D N C Prise e terre e l installation TN-C TN-S Prise e terre utilisation On appelle Boucle e éfaut le circuit A, B, C, D, E, F. Les fusibles ou isjoncteurs oivent assurer la protection et couper le circuit ans un temps inférieur à celui éfini par la courbe e sécurité. On istingue eux types e régime TN : (voir cours C 100) Schéma TN-C : Le conucteur neutre et e protection électrique sont en communs. Schéma TN-S : Le conucteur neutre est séparé u conucteur e protection électrique. Explication e la protection : Lorsqu un éfaut isolement survient entre une ase et la masse, le fait que cette masse soit reliée au neutre prouit une forte ifférence e potentiel. Celle ci a tenance à provoquer le claquage e l isolant et à transformer le éfaut isolement en court circuit ase neutre. L élévation e potentiel e la masse evient rapiement angereuse et les systèmes e protection contre les surintensités ( fusibles, isjoncteurs ) oivent couper le circuit ans le temps éfini par les courbes e sécurité. Le courant e éfaut est limité seulement par l impéance es câbles e la boucle e éfaut. Page 1/8

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels 2- Conitions e protection : La protection est effectuée par isjoncteur ou fusible. Le éclenchement se prouit au premier éfaut isolement. 2-1 Protection par isjoncteur : La comparaison es courbes e fonctionnement un isjoncteur et es courbes e sécurité montre qu un isjoncteur assure la protection es personnes ans un schéma TN, à conition que le courant e éfaut soit supérieur au courant e fonctionnement u éclencheur magnétique. I > I mag t (s) t (s) 5s courbe e sécurité t = f(u c ) t1 courbe e éclenchement un isjoncteur t = f(i) tc 0 U L U c U 0 c I I Remarque : Dans le cas une protection par isjoncteur, si I > I mag le temps e coupure t est toujours inférieur à t 1, pour toutes valeurs e U c et e U L. 2-2 Protection par fusible : La comparaison es courbes un fusible et es courbes e sécurité montre qu un fusible assure la protection es personnes ans un schéma TN, à conition que le éfaut soit supérieur au courant assurant la fusion I f u fusible ans le temps t 1 prescrit par la courbe e sécurité. t (s) courbe e sécurité t = f ( U c ) t (s) courbe e fusion un fusible t = f ( U c ) 5s t1 tc U 0 L U c 0 U c I f I I Remarque : La protection es personnes repose essentiellement sur les conitions e fonctionnement es protections u réseau en présence un éfaut isolement. Il faut impérativement : - Prenre toutes les ispositions pour faciliter l établissement un courant e éfaut élevé, le conucteur ou N fait partie u même câble que les conucteurs actifs. - Interconnecter toutes les masses et éléments conucteurs. - Vérifier par es calculs la bonne aaptation es protections ; Si possible faire es mesures e contrôle. Page 2/8

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels 3- Calcul simplifié : Dans le schéma ci essous, qui représente un épart basse tension, la boucle e éfaut B, C, D, E est alimentée par une tension estimée à 0,8 fois la tension simple (chute e tension ans le transformateur). V BE = 0,8* 230 = 184V F A Uc E B Ph1 Ph2 Ph3 N 50 mm 2 50 mm 2 C D Uc L impéance e cette boucle e éfaut ans un calcul approché est ramenée à la valeur e la résistance es câbles. Z = R impéance e la boucle e éfaut B, C, D, E. On consière que le conucteur N suit le même parcourt que le conucteur e ase B, C, onc BC = DE, soit une longueur e 40 m. R = 2* RBC 2 'où R = 2. ρ. L / S = 2.17,2.40/ 50 = 27, 52mΩ ( ρ = 17,2mΩmm m ) cuivre / Le courant e éfaut I est onné par la relation : I = VBS / R = 184/ 27,52.10 3 = 6686A La tension (U c ) peut être consiérée comme la moitié e la tension aux bornes e la boucle e éfaut, soit : UC = VDE = VBE / 2 = 184/ 2 = 92V Si la protection u circuit est assurée par un isjoncteur e calibre 160 A avec un relais magnétique qui éclenche à 7 fois l intensité nominale : I mag = 7.160 = 1120A I > I mag provoque le éclenchement u isjoncteur. Rna Il faut aussi s assurer que le temps e éclenchement u isjoncteur est inférieur au temps maximal onné par la courbe e sécurité : t isjoncteur < t sécurité # Temps e éclenchement u isjoncteur 160 A onné par le constructeur : 0,025 s soit 25 ms ; # Temps onné par la courbe e sécurité pour une tension e contact e 88 V, courbe U L = 25 V : t sécurité = 0,12 s Les eux conitions ( courant e éfaut suffisant pour faire éclencher le isjoncteur et temps e éclenchement u isjoncteur suffisamment court ) sont réalisées ans ce cas e calcul approché. Si les conitions e éclenchement n étaient pas assurées, il y aurait lieu : - augmenter la section es conucteurs ; - e réaliser es connexions équipotentielles supplémentaires ; - agir sur le réglage u calibre u relais magnétique. 4- Calcul es conitions e éclenchement : Le calcul exact u courant s établissant en cas e éfaut isolement est assez complexe, car il fait intervenir les impéances, irectes, inverses et homopolaires, es composants u circuit. La norme NF C 15-100 prévoit une méthoe simplifiée qui onne les longueurs maximales es circuits, en fonction : Page 3/8

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels - u type e protection ( fusibles gg, AD, UR, am, ou petits isjoncteurs ) ; - u calibre e la protection ; - u régime e neutre. Hypothèses simplificatrices : Pour le épart à calculer, on applique la loi ohm, en faisant les hypothèses suivantes : - La tension entre la ase e éfaut et le conucteur N ou à l origine u circuit est prise égale à 80 % e la tension simple nominale ; - On néglige les réactances es conucteurs evant leur résistance, sauf pour les sections supérieures à 120 mm 2. Au-elà, on majore les résistances es valeurs suivantes : # S = 150 mm 2, prenre R + 15 % # S = 185 mm 2, prenre R + 20 % # S = 240 mm 2, prenre R + 25 % - Le conucteur e protection chemine à coté es conucteurs e ase corresponants. 1 2 3 Méthoe e calcul : L A I C B Récepteur Imag I = U / R et U AB = 0,8 * v par éfinition AB AB AB ρ. L/ S =. L(1/ S pe 1/ S R = ρ + on pose m = S / S pe où R AB = ρ. L(1 + m) / S sachant que I > I mag, pour que la protection es personnes soit assurée, on en éuit : I < 0,8. v. S /( ρ. L.(1 m)) mag + où L < 0,8. v. S /( ρ.(1 + m). I ) max mag ) Le calcul conuit à vérifier que la longueur u circuit est inférieure à la valeur onnée par la relation : L < 0,8. v. S /( ρ.(1 + m). I ) ou I f max - L max : longueur maximale e la canalisation ( en m) ; - V : tension simple nominale ( en V ) ; - S : section es conucteurs e ase - r : résistivité es conucteurs à température normale e fonctionnement. Soit : 17,2 x 10-3 Ω mm 2 /m pour le cuivre ; 26,9 x 10-3 Ω mm 2 /m pour l aluminium. - m : rapport entre section es ases et section u conucteur e protection électrique ; - I mag : courant ( en A ) e fonctionnement u éclencheur magnétique ; - I f : courant ( en A ) assurant la fusion u fusible corresponant, sur les courbes e sécurité, à la tension e contact calculée par la relation : U C = 0,8. v. m /(1+ m) Résumé : En régime TN-C ou TN-S, le éfaut isolement est transformé en éfaut ase neutre. Le courant e éfaut a pour valeur : I = v / Z La coupure est effectuée par la protection contre les surintensités. Fusibles : I > I f Disjoncteur : I > I mag Dans ces eux cas, le temps e coupure oit être inférieur au temps onné par la courbe e sécurité. On peut également éterminer la longueur es conucteurs par tableaux mag Page 4/8

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels B- REGIME IT : 1- Principe e la protection : Dans le régime e neutre isolé : - Le neutre est isolé e la terre ou relié à la terre par une impéance élevée ; - Les masses sont reliées à une prise e terre. Ph1 Ph2 Ph3 Z impéance éclateur Uc 1-1 Premier éfaut : I Un premier éfaut n est pas angereux, mais il oit être recherché et éliminé. Au euxième éfaut, il faut impérativement couper le circuit en éfaut. a) exemple e calcul sans impéance Z : Données : - réseau isolé, impéance isolement Z n = 50 000 Ω; - résistance u éfaut R = 0 Ω; - résistance e terre R a = 10 Ω. La loi ohm nous onne I = 230 /(10 + 0 + 50000) = 0, 005A Le courant est très faible u fait e la forte impéance isolement u neutre. La tension e éfaut est alors U c = 0,005.10 = 0, 05V ; elle est inoffensive. Tout se passe comme si on se trouvait evant un réseau avec une ase à la terre, et les eux autres ases ainsi que le neutre isolé. Remarque : Dans une installation à neutre isolé (IT), l impéance équivalente ramenée entre neutre et terre est environ 3 500 Ω par km e ligne ; elle est ue aux capacités et aux fuites à la terre qui se font par les isolants. b) exemple e calcul avec impéance : Le réseau comporte une impéance Z n = 2 200 Ω; R = 2 Ω; R n = 10 Ω; R a = 10 Ω. Le courant e éfaut est : I = 230 /(10 + 10 + 2 + 2200) = 01, A. La tension e éfaut est : U c = 0,1.10 = 1V Le potentiel est inoffensif. Page 5/8

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels 1-2 Cas un éfaut ouble : Soit le jeu e barre ci essous qui alimente eux éparts, et sur lequel il existe eux éfauts. L un sur la ase 1, l autre sur la ase 3. Zn A K F G J 50 m 35 mm2 Uc D E B 40 m 25 mm2 Ph1 Ph2 Ph3 Rn Calcul simplifié : Ra H C En cas e éfaut ouble, il s établit un courant e éfaut I ans la boucle A, B, C, D, E, F, G, H, J, K. Données : Z = impéance e la boucle B, C, D, E, F, G, H, J. Réseau 400 V triasé. Calculs : U = Z. I BJ U BJ = tension entre ase estimée à 0,8 U comme en TN où U BJ = 0,8.400 = 320V. Si l on néglige la réactance, l impéance e la boucle e éfaut peut être égale à : Z = 2.( R + R ) = 2. ρ.(40/ 25 + 50/ 35) = 2.17,2.(1,6 + 1,4) = 103, mω BC HJ 2 L intensité e éfaut est alors e : I = U BJ / Z = 320 / 0,1032 = 3100A. La tension e contact est alors e : UC = U BJ / 2 = 320/ 2 = 160V. C est une tension e contact angereuse. A travers ces résultats, on voit qu en cas e éfaut ouble, en régime e neutre IT, on est en présence un fort courant e court circuit et une tension e contact angereuse. 2- Protection en cas e éfaut ouble : Protection par isjoncteurs et Protection par fusible : Dans le cas un éfaut ouble eux isjoncteurs sont concernés : D 1 et D 2. Il s agit comme en régime TN un court circuit mais entre ases. Il faut que le courant e éfaut répone aux conitions suivantes : 3- Calcul es conitions e éclenchement : I > I mag1 ou I > I mag2 I > I f1 ou I > I f2 Dans une installation à neutre isolé (IT), en cas e euxième éfaut, on est ramené au cas u schéma TN avec eux particularités : - Le neutre n est pas forcément istribué ; Page 6/8

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels - Il est impossible effectuer la vérification pour tout les cas e éfaut ouble ; On suppose une répartition ientique e la tension entre chacun es eux éfauts. a) le neutre n est pas istribué L < 0,8. u. S /(2. ρ.(1 + m). I ) ou I f U C = 0,8. u. m /(1 + m) max b) le neutre est istribué L <,8. u. S /(2. ρ.(1 + m). I ) ou I f U C = 0,8. v. m/(1+ m) max 0 1 mag mag L max : longueur maximum u épart ( en m ); V : tension entre ase et neutre ( en V ) ; U : tension entre ases( en V ) ; S : section e ase ( en mm2 ) ; S 1 : section e neutre ( en mm2 ) ; r : résistivité I mag : courant e éclenchement u relais magnétique ; I f : courant e fusion u fusible, ans le temps calculé par les courbes e sécurité ; m : rapport S (ou S 1 ) / S pe. La norme NF C 15 100 recommane e ne pas istribuer le neutre ans un schéma IT car il iminue consiérablement les longueurs protégées et pénalise ce moe e istribution. 3-2 Exemple e calcul : S = 50 mm2 Ph1 Ph2 Circuit en schéma Ph3 IT neutre non istribué réseau 220 230 / 380 400 V câbles en Cu I mag = 10 I n = 2 000 A L = 150 m S = 70 mm 2 3 Lmax = 0,8.400.70/(2.17,2.10 (1 + 70/ 50).2000) = 135. 6m La protection contre les contacts inirects n est pas assurée car L > L max. Par contre, en réglant le isjoncteur magnétique à 1 600 A, on sera protégé (I mag = 8 I n ) 3-3 Cas es masses séparées : Dans le cas un éfaut ouble, si les masses sont séparées, on se retrouve ans la situation u régime TT. Il faut alors installer une protection ifférentielle à courant résiuel e éfaut en tête e chaque groupe e masse relié à une prise e terre istinct. La sensibilité oit être aaptée à la résistance e la prise e terre ; on applique la relation : R a < U L / I Dn 4- Caractéristiques u régime IT : Ce type e régime e neutre permet surtout assurer une bonne continuité e service, mais il nécessite impérativement que les conitions suivantes soient respectées : Page 7/8

COURS : Régimes e neutre TN et IT CI : Protection es personnes et es matériels - L installation est alimentée par un poste e transformation privé ; - Un service entretien électrique compétent est présent pour la recherche u premier éfaut ; - L installation est munie un ensemble e étection u premier éfaut ; - Protection au euxième éfaut assurée sur chaque épart. Page 8/8