Régimes De Neutre

Lycée Qualifiant Technique

Classe : 2STE

Prof Mr : MAHFOUDI

Settat

PROTECTION : LES REGIMES DE NEUTRE • Connaître les différents schémas de liaisons à la terre définis par la norme NF-C-1500 • Justifier le choix d’une configuration de régime de neutre.

I.

GENERALITES :

L’énergie électrique, bien qu’utile, est dangereuse pour l’homme. Si un courant traverse le corps humain, il y a risque de lésions voir de mort. Il est donc nécessaire de protéger les personnes contre de tels dangers (cf § sur la sécurité de première). Les réseaux de distribution sont caractérisés essentiellement par la nature du courant et le nombre de conducteurs actifs, ainsi que par la liaison à la terre ou régimes de neutre. La sécurité des personnes et du matériel est assurée différemment en fonction du régime de neutre utilisé dans une installation électrique. A. Différents systèmes de distribution : Les systèmes de distribution sont caractérisés par la nature du courant et le nombre de fils. Courant continu

Courant alternatif monophasé

Ph1

+ -

N Ph1

+ M -

Ph2 Courant alternatif triphasé

Ph1 Ph2 Ph3 N Montage étoile 4 fils

Ph1 Ph2 Ph3 Montage triangle 3 fils

B. Les trois régimes de neutre : La norme NF C 15.100 définit trois régimes de neutre qui sont caractérisés par deux lettres : 1 ère Lettre : Situation de l’alimentation ( c à d le neutre ) par rapport à la terre . T: liaison d’un point avec la terre ; I : isolation de toutes les parties actives par rapport à la terre ou liaison d’un point avec la terre à travers une impédance très élevée ; e 2 Lettre : Situation des masses des récepteurs de l’installation par rapport à la terre : T: N:

masses reliées directement à la terre ; masses reliées au neutre de l’installation, lui-même relié à la terre .

1

2

C. Régime TT :

T : Neutre relié à la terre. T : Masses reliées à la terre. Ph1 Ph2

Prise de terre de l’installation

Ph3 N

neutre de l’installation est directement relié à la terre. Les masses de l’installation sont aussi reliées à la terre.

PE

Cette solution est celle employée par l’ONE. pour les réseaux de distribution basse tension.

Prise de terre des masses

D. Mise au neutre TN :

Le

Aussitôt qu’un défaut d’isolement survient, il doit y avoir coupure : C’est la coupure au premier défaut.

T : Neutre relié à la terre. N : Masses reliées au neutre. Ph1 Ph2 Ph3 PE PEN

N

N

PE

PE

Prise de terre de

TN-C

TN-S

l’installation

1. Schéma TN -C Le neutre et le conducteur de protection sont CONFONDUS.

Régime TN-C : Le neutre du transformateur est relié à la terre. La masse métallique de l'utilisation est reliée au neutre (câble PEN). 2. Schéma TN -S Le neutre et le conducteur de protection sont SEPARES. Dans les deux cas, la protection doit être assurée par coupure au premier défaut.

Régime TN-S : Le neutre du transformateur est relié à la terre. La masse métallique de l'utilisation est reliée au neutre au niveau du transformateur par un câble PE.

E. Neutre isolé : IT

Le premier défaut ne présente pas de danger. Le courant phase masse est très faible et aucune

Régime IT : I : Le neutre du transformateur est isolé de la terre (ou reliée à la terre par une forte impédance Z : 1500 à 2000 Ω) T : Les masses sont reliées à la terre . Ru : Résistance de terre, doit la plus faible possible .

Id

Id

Id Uc

tension dangereuse n’est à craindre. Mais il doit être signalé et recherché pour être éliminé. La coupure est obligatoire au deuxième défaut.

Avantage : Le régime IT offre la possibilité de maintenir l'exploitation, malgré l'apparition d'un défaut (tout en assurant la sécurité des personnes !). En effet, la forte impédance de boucle, due à Z, limite le courant de premier défaut et évite l'apparition d'une tension de contact dangereuse. Lorsque l'utilisateur touche la carcasse métallique de la machine, il est soumis à une tension Ru*Id . Avec : Id = V/(Ru + Rn + Z) . (V étant la tension d'une phase par rapport au neutre) En choisissant Z suffisamment grande , Id sera faible et la tension de contact Uc = Ru*Id ne sera pas dangereuse pour l'utilisateur. (le courant qui traverse la personne vaut : Ic = Ru*Id/Rc , Rc : résistance du corps humain) Les masses de toutes les machines doivent être reliées au conducteur PE. En cas de deuxième défaut (une deuxième phase touche la carcasse d'une autre machine, entraînant un court-circuit entre les deux phases, car toutes les carcasses sont reliées entre elle via le conducteur PE) , la protection est assurée par le dispositif de protection contre les courts circuits. Note : Le contrôleur permanent d'isolement permet de signaler le premier défaut. L'installation d'un limiteur de surtension est obligatoire. Rq : Le régime du neutre IT permet la continuité du service pendant le 1er défaut.

II.

REGIME TT :

Le système de distribution TT est le régime de neutre employé par E.D.F. pour toute la distribution d’énergie publique du réseau basse tension.

A.

Principe :

Dans ce système de distribution : - Le neutre de la source d’alimentation est mis à la terre ; - Les masses de l’installation sont mises à la terre . Exemple : soit le réseau de distribution TT ci-dessous :

3

Ph1 Ph2 Ph3 N

220V

Prise de terre du neutre

Uc

RA

Uc

RN Id

Lorsqu’une phase touche la masse, il y a élévation du potentiel de cette masse. Soit RD : La résistance de défaut = 0 Ω; RN : la résis tance de la prise de terre du neutre = 10 Ω ; RA : la résistance de la prise de terre des masses = 20 Ω ; Il s’établit un courant en rouge sur le schéma : I

La tension de masse par rapport à la terre est

D

= 220 / (R A + RD + RN ) = 220 / 30 = 7.33A

:U c

=RA*

= 146.6V

Id Cette tension est mortelle.(cf § cours de première : les dangers du courant électrique) Lorsque dans un réseau TT, survient un défaut d’isolement, il y a une élévation dangereuse du potentiel des masses métalliques. (Qui habituellement sont au potentiel 0V). B. Règles à observer : ière

1 règle : Toutes les masses des matériels protégés par un même dispositif de protection doivent être interconnectées et reliées par un conducteur de protection (PE) à une même prise de terre. 2

ième

règle : -

La condition de protection doit satisfaire à la relation suivante : R A *

IΔn

: Courant de fonctionnement du dispositif de protection ; RA : résistance de la prise de terre des masses ;

IΔ

≤ VL

C. Sensibilité différentiel s := 50V, 25V selon les locaux. - VL :des Potentiel limite :VL ième Les disjoncteurs sont classés selon trois catégories : 3 - règle : Dans les schémas TT, on assurera la protection par un dispositif différentiel à courant résiduel. Dans ce cas, -IΔnDispositif haute sensibilité : I∆N = 6 ; 12 ; 30 mA ; le courant est le courant différentiel résiduel du disjoncteur. - Dispositifs moyenne sensibilité : I∆N = 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 1 A ; - Dispositif faible sensibilité : I∆N = 3 ; 5 ; 10 ; 20 A.

D. Emplacement des dispositifs différentiels : Toute installation TT doit être protégée par un dis positif différentiel résiduel placé à l’origine de l’installation.

4

III. EXERCICE : Une installation électrique est composée d’une résistance chauffante triphasée et d’un moteur asynchrone triphasé. Le schéma du montage est celui ci : 1Surligner en rouge les phases et en bleu le neutre de l’installation. Les nommer. 2Dessiner en vert le conducteur de protection électrique afin de réaliser un régime de neutre TT. On notera la résistance de terre du neutre Rn et celle des masses par Ra.

T1

3Un défaut d’isolement se produit dans les résistances entre la phase 1 et la masse métallique. Dessiner en pointillé le parcours du courant de défaut. La résistance de défaut Rc n’est pas nulle ! En déduire le schéma équivalent (le dessiner à coté du schéma).

D1

4Calculer le courant de défaut passant à la terre et les tensions de contact entre les résistances et la terre, entre le moteur et la terre, entre les deux récepteurs.

F1

Données Rn =10Ω, Ra = 10 Ω, Rc = 4 Ω, T1 : 20 kV / 240/400 V.

kM1 D2

5-

En déduire si ce type de défaut est dangereux. Local sec.

F2

M3

6Donner le type de matériel à installer pour assurer la protection des personnes. Donner son calibre de réglage et le dessiner sur le schéma.

Choix d’un régime de neutre : Le choix d’un régime de neutre peut s’effectuer selon 4 cas :  1er cas : où le régime de neutre est imposé.  2éme cas : où il ya problème de la continuité de service.  3éme cas : en fonction du type de réseau.  4éme cas : en fonction du type des récepteurs. Type d’installation Imposé er 1 cas Installations domestiques TT Etablissements scolaires TT éme 2 cas Les hôpitaux IT Installations de sécurité (Eclairage IT de secours…). Mines IT TT 3éme cas Réseau très étendu Réseau perturbé Réseau avec courant de fuite important If >500mA Groupe électrogène de secours. éme 4 cas Récepteurs sensibles au grand courant de fuite (Moteurs ….). Récepteurs à faible isolement (Fours…). Récepteurs monophasé (Mobiles ; semi fixes…).

Conseillé

Possible

Déconseillé

TT TN TN

TT TT

IT IT

IT IT

TT TT

TN TN

TN

TT IT

TT

TN IT

Exercice : Z = 2000 Ω, Ru = 22 Ω, l'impédance de l'homme vaut 1000 Ω. Le défaut est toujours franc (Rd = 0Ω). 1. Tracer le schéma équivalent électrique de la maille dans laquelle circule le courant de défaut. 2. Déterminer la tension de contact subit par l'homme par rapport au sol lorsque la machine M2 est en défaut d'isolement. 3. Déterminer le courant de choc supporté par la personne. 4. La personne est-elle en danger ? 5. En combien de temps l'installation doit-elle être coupée si la tension limite de sécurité admise est de 25 V AC ? (voir courbe de sécurité) 6. Le fait de relier les carcasses des appareils à la terre est-elle suffisante ?

220V-50Hz

Z

Ru

M1

M2