Intersections - Novembre 1998
Exemple de schéma TN
figure 12
N PE
Masses
PE
L1
L2
L3
N
PE
Analyse d’un défaut d’isolement (fig.12)
Calcul de l’impédance de la boucle de défaut
Lors d’un défaut d’isolement, le courant de défaut I d n’est limité que par l’impédance Z b de la boucle de défaut (figure 12)
Z b
= ZABCDEF l d avec U
0
= 230 V.
= U
0
/ Z b
,
Prenons le cas d’un récepteur alimenté par un câble de 50 mm 2 de 50 m de long
(section et longueur commune des phases et du PE), en négligeant les impédances de ligne AB et EF, on a :
• Z b
≈
Z
BCDE
(impédance de la portion de circuit BCDE),
• Z b
≈
2 Z
DE
(en supposant Z
BC
= Z
DE
, les conducteurs BC et DE ayant même section et longueur, et en négligeant l’impédance du défaut Z
CD
).
Z b
=
ρ
L / S avec :
•
ρ
= résistivité du cuivre =
22,5 10 -3
Ω
.mm
2 /m,
• L = longueur du conducteur en m = 50 m,
• S = section du câble en mm 2 = 50 mm 2 ,
Zb = 2x22,5 10 -3
45 m
Ω
. x50/50 =
Calcul de la tension de défaut
En pratique, pour tenir compte des impédances en amont on admet une chute de tension de l’ordre de
20 % sur la tension simple
U
0
, d’où : U
BE
= 0,8 U
0.
Comme Z
BC
= Z
DE, la masse du récepteur est donc portée à un potentiel :
U d
= U
BE
/2 = 0,8 U
0
/2 = 92 V
Cette tension est dangereuse car supérieure à la tension limite conventionnelle U
L
.
Il faut impérativement mettre hors tension la partie de l’installation concernée.
Calcul du courant de défaut
l d
= 0,8U
0
/Z
10 -3 = 4089 A b
= 0,8x230/45
Le défaut d’isolement étant similaire à un court-circuit phase neutre, la coupure est réalisée par le dispositif de protection contre les courtscircuits.
Conclusions :
Le courant de défaut est fonction de l’impédance de la boucle de défaut.
Il faut donc s’assurer qu’en tout point du réseau, le courant de défaut reste supérieur au seuil de fonctionnement de la protection dans le temps maximum spécifié par les normes.
Moyennant cette vérification il est possible d’utiliser les dispositifs conventionnels pour les protections.
Mais ce schéma nécessite :
• un calcul des impédances de boucle,
• la connaissance de toutes les impédances de boucle, difficilement maîtrisable pour les prises de courant, d’où protection par DDR obligatoire,
• la vérification du déclenchement des protections à la mise en œuvre,
• des études complémentaires pour vérifier ces conditions lors de toute modification de l’installation.
Applications du schéma TN
Le schéma TN est principalement utilisé pour :
• des industries ne demandant pas la continuité de service obtenue avec le régime IT,
• des récepteurs à bas isolement (four...),
• du grand tertiaire ou des
IGH.
Par contre, le schéma TN est interdit dans les locaux
à risque d’incendie ou d’explosion.
Schéma IT
Dans ce type de schéma, dit
à “ neutre isolé ” (figure 13) :
• le neutre du transformateur est :
- soit isolé de la terre
(neutre isolé),
- soit relié à la terre par une impédance élevée
(neutre impédant),
• toutes les masses de l’installation sont reliées
à la terre.
Bien que ce schéma soit dit
à neutre isolé, il convient de prendre en compte le fait que toute installation n’a pas un niveau d’isolement infini. On trouve entre chacune des phases et la terre une impédance d’isolement qui varie en fonction du type de récepteurs installés, de la longueur et du vieillissement des câbles, des conditions hygrométriques, etc.
L’impédance d’isolement du réseau Z
RES du schéma ci-après est définie par les câbles et les récepteurs.
L’hypothèse de calcul, pour une installation électrique de
1 km de câble triphasé, avec présence de filtres antiparasites, donne la valeur de l’impédance résultante, soit Z
RES
= 3422
Ω
.
Exemple de schéma IT
figure 13
Z res
R
A
U d
L1
L2
L3
N
PE
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Technique
Intersections - Novembre 1998
Analyse du premier défaut d’isolement
(défaut simple)
Supposons qu’un défaut franc apparaisse entre une phase (ici la phase 3) et la masse au niveau d’un récepteur. Il s’agit d’un premier défaut, aussi appelé défaut simple.
Calcul du courant de défaut
Soit U
0 la tension simple du réseau.
La prise de terre du récepteur en défaut présente une résistance
électrique R
A
.
L’impédance de boucle du défaut comporte R
Pour U
0
A
= 230 V et R
A et Z
RES.
= 10
Ω
, le courant de défaut a pour valeur :
I d
= U
0
/ (Z
RES
+R
A
) = 67 mA
Ce courant est faible car limité par l’impédance d’isolement du réseau, principalement due à la capacité d’isolement des câbles.
Calcul de la tension de défaut
Si une personne est en contact avec la masse métallique du récepteur défectueux, elle sera soumise à un potentiel
U d de valeur :
U
0
= U
0 x R
A
/
(Z
RES
+R
A
) = 0,67 V
Ce potentiel très largement inférieur à la tension limite de contact U
L
( 25 V pour des locaux mouillés) n’est donc pas dangereux.
Conclusions
En cas de défaut simple le potentiel de défaut U d n’est pas dangereux pour les personnes.
Il est cependant souhaitable d’éliminer le défaut rapidement pour ne pas prendre le risque qu’un autre défaut survienne, amenant une situation de double défaut qui provoque le déclenchement des protections.
Nécessité d’installer un
Contrôleur Permanent d’Isolement.
Ce contrôleur mesure en permanence l’isolement du réseau par rapport à la terre et signale toute baisse du niveau d’isolement.
Les protections contre les courts-circuits sont chargées d’éliminer ce courant de défaut,
• cas de groupes de masses non interconnectées (figure 15).
Les masses d’utilisation ne sont pas toutes interconnectées entre elles par exemple R
B est distincte.
Ce cas revient à un schéma
TT. Il faut donc protéger chaque groupe de masses par des protections différentielles.
Analyse du deuxième défaut (défaut double)
Alors que le premier défaut n’est pas éliminé, un autre défaut d’isolement peut apparaître sur l’installation.
Si ce défaut intervient sur le même conducteur que le premier, il ne se passera rien de plus que précédemment, si ce n’est une baisse encore plus importante du niveau d’isolement général du réseau.
En revanche, si le défaut intervient sur un autre conducteur actif, deux cas peuvent se présenter :
• cas de masses interconnectées (figure 14)
Les masses d’utilisation sont interconnectées entre elles et à la prise de terre du poste (R
A
). Nous sommes en présence d’un courtcircuit phase-phase ou phase-neutre.
Applications du schéma IT
Le neutre isolé est la solution assurant la meilleure continuité de service en exploitation.
Pour cette raison, on trouvera ce SLT dans les hôpitaux (en particulier dans les salles d‘opérations), les réseaux électriques des pistes d’aéroport, dans les mines et les locaux où il existe des risques d’incendie ou d’explosion, sur les bateaux et dans toutes les industries où un arrêt de fonctionnement serait coûteux ou dangereux.
Défaut double avec masses interconnectées
CPI
figure 14
Défaut double avec groupe de masses non interconnectées
CPI
figure 15
R
A
R
A
I d
I d
PE
L1
L2
L3
N
PE
R
B
DDR
L1
L2
L3
N
Guide
Technique
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