Guide expert basse tension n° 2origin-faq.pro-face.com/resources/sites/PROFACE/content... · 2013. 7. 3. · un DDR de moyenne ou basse sensibilité. Le DDR provoque la mise hors

Protection terre

Guide expert basse tension n° 2

Technical collection

Sommaire

Rôle de la "protection terre" 3.. Sécurité et disponibilité 3.2. La sécurité et les normes d’installation 3

.2.. La norme CEI 60364 3.2.2. Le National Electric Code (NEC) 6

.3. Rôle et fonctionnalités de la "protection terre" 8.3.. Schéma des liaisons à la terre 8.3.2. DDR et GFP 9

Les Technique des GFP 102.. Mise en œuvre dans l’installation 02.2. Fonctionnalités Coordination des GFP 2

2.2.. Sélectivité entre les protections GFP 22.2.2. Sélectivité entre protection GFP amont et DPCC aval 32.2.3. Sélectivité logique ZSI 3

2.3. Mise en œuvre de la coordination des GFP 52.3.. Exemples d’applications 5

2.4. Exploitations particulières des GFP 62.4.. Protections des alternateurs 62.4.2. Protection des récepteurs 62.4.3. Applications particulières 7

Mise en œuvre des GFP 183.. Précautions à l’installation 8

3... Etre sûr du schéma des liaisons à la terre 8

3.2. Précautions à l’exploitation 93.2.. Les courants harmoniques dans le neutre 203.2.2. Incidences sur la mesure des GFP 20

3.3. Applications 23.3.. Méthodologie 23.3.2. Application : mise en œuvre en schéma TN-S monosource 223.3.3. Application : mise en œuvre en schéma TN-S multisource 23

Etude de schémas multisource 244.. Schéma multisource avec une seule mise à la terre 24

4... Schéma 2 244..2. Schémas et 3 28

4.2. Schéma multisource avec plusieurs mises à la terre 294.2.. Etude du schéma 304.2.2. Solutions 3

Conclusion 345.. Mise en œuvre 345.2. Etude du schéma électrique 34

5.2.. Schéma monosource 345.2.2. Schéma multisource/monoground 345.2.3. Schéma multisource/multiground 35

5.3. Tableaux de synthèse 365.3.. Utilisation des types de GFP selon l’installation 365.3.2. Avantages et inconvénients selon le type de GFP 36

2

3

Rôle de la "protection terre"

1.1. Sécurité et disponibilité

Les exigences d’une distribution d’énergie électrique sont :

sécuritédisponibilité.

Les normes d’installation prennent en considération ces 2 exigences :

par des techniques par des appareillages de protection

spécifiques pour la prévention des défauts d’isolement.

L’optimisation des solutions est réalisée par leur bonne coordination.

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bb

Pour l’utilisateur ou l’exploitant, l’énergie électrique doit être :exempte de risques (besoin de sécurité des biens et des personnes)toujours disponible (besoin en continuité de service).

Ces besoins se traduisent :en terme de sécurité, par des solutions techniques prévenant les risques

provoqués par les défaut d’isolement. Ces risques sont :

l’électrisation (voire l’électrocution) des personnesla destruction des récepteurs et des risques d’incendie.

L’occurrence d’un défaut d’isolement est non négligeable. La sécurité de l’installation électrique est assurée par :

le respect des normes d’installationla mise en œuvre d’appareillage de protection conformes aux normes produits

(en particulier aux différentes normes CEI 60947).en terme de disponibilité, par le choix de solutions bien adaptées.

La coordination des protections est un facteur clef pour atteindre cet objectif.

bb

b

vv

--

b

1.2. La sécurité et les normes d’installation

La Norme CEI 60364 définit 3 types de schéma de liaisons à la terre (SLT) :

schéma TNschéma TTschéma IT.

Les caractéristiques des SLT sont :un défaut d’isolement a des

conséquences variables selon le schéma utilisé :

défaut dangereux ou non dangereux pour les personnes

courant de défaut élevé ou très faible.si le défaut est dangereux, il faut

l’éliminer rapidementle PE est un conducteur.

Le schéma TT associé à des dispositifs différentiels à courant résiduel (DDR) pallie le risque incendie.

bbb

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vb

b

Les normes d’installations ont défini les principes fondamentaux de la protection des personnes contre le risque de chocs électriques qui sont :

la mise à la terre des masses des équipements et récepteurs électriquesl’équipotentialité des masses simultanément accessibles qui tend à éliminer

les tensions de contactla coupure automatique de l’alimentation électrique en cas de tension ou de

courants dangereux provoqués par la circulation du courant de défaut d’isolement.

1.2.1. La norme CEI 60364Depuis 1997, la CEI 364 est identifiée par un n° en 60 XXX, mais le contenu est strictement identique.

1.2.1.1. Les schémas de liaison à la terre (SLT)La norme CEI 60364, dans les § 3-31 et 4-41, a défini et développé 3 principaux types de schémas de liaison à la terre (SLT). La philosophie de la norme CEI est de considérer la valeur de la tension de contact Uc créée par un défaut d’isolement dans chacun des systèmes.

1/ Schéma TN-C et TN-S Caractéristiques :le défaut d’isolement crée une tension de contact dangereuse : il faut l’éliminer

instantanémentle défaut d’isolement peut être assimilé à un court-circuit phase - neutre

(Id = quelques kA)le retour des courants de défauts se fait au travers d’un conducteur PE. De ce fait

la valeur de l’impédance de boucle est parfaitement maîtrisée.

La protection des personnes contre les contacts indirects est alors assurée par les dispositifs de protection contre les courts-circuits (DPCC). Si l’impédance est trop grande et ne permet pas au courant de défaut de solliciter ces protections, il peut être nécessaire d’utiliser des dispositifs différentiels à courant résiduel (DDR) de basse sensibilité (BS > A).

La protection des biens n’est pas "naturellement" assurée.Le courant de défaut d’isolement est important. Des courants vagabonds (non dangereux) peuvent circuler dus à la faible impédance PE - Neutre transformateur.En schéma TN-S, l’installation de DDR permet de pallier les risques :

de destruction des matériels (DDR jusqu’à 30 A)d’incendie (DDR à 300 mA).

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b

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v

v

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4


Mais lorsque ces risques existent, il est recommandé (voire imposé) d’utiliser un schéma TT.

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Figure 1a - "schéma TN-S". Figure 1b - "schéma TN-C".

2/ Schéma TT Caractéristiques :le défaut d’isolement crée une tension de contact dangereuse : il faut l’éliminer

instantanémentle courant de défaut est limité par la résistance des terres et est généralement très

inférieur aux seuils de réglage des DPCC (Id = quelques A).

La protection des personnes contre les contacts indirects est alors assurée par un DDR de moyenne ou basse sensibilité. Le DDR provoque la mise hors tension de l’équipement dès que le courant de défaut entraîne une tension de contact supérieure à la tension de sécurité Ul.

La protection des biens est assurée par l’impédance naturelle importante (quelques Ω) de la boucle de défaut.L’installation de DDR à 300 mA pallie aux risques d’incendie.

3/ Schéma IT Caractéristiques :au premier défaut (Id y A), la tension reste non dangereuse et l’installation peut

être laissée en servicemais ce défaut doit être localisé et éliminé un contrôleur permanent d’isolement (CPI) signale la présence du défaut

d’isolement.

La protection des personnes contre les contacts indirects est naturellement assurée (pas de tension de contact).

La protection des biens est naturellement assurée (courant de défaut quasiment nul dû à l’impédance importante de la boucle de défaut).Lorsqu’un deuxième défaut apparaît avant l’élimination du premier, le comportement de l’installation est analogue à celui d’un schéma TN (Id ≈ 20 kA) ou d’un schéma TT (Id ≈ 20 A) évoqué ci-dessus.

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Figure 2a - "schéma TT". Figure 3 - "schéma IT".

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v

bv

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5


1.2.1.2. Protection par DDRLe schéma TT impose l’utilisation de DDR de sensibilité de 300 mA jusqu’à 30 A.Le schéma TN ou IT dont le PE est réalisé par un conducteur, ne nécessite pas un complément de protection par DDR. De ce fait, la protection par DDR est de type :

haute sensibilité (HS) pour la protection des personnes et incendie (30 mA / 300 mA)

basse sensibilité (BS) jusqu’à 30 A pour la protection des biens.Cette protection peut être réalisée à l’aide de tores de mesure spécifiques qui embrassent l’ensemble des conducteurs actifs car les courants à mesurer sont faibles.En tête d’installation, un schéma, intégrant un tore mesurant le courant dans le PE, est réalisable même avec des DDR haute sensibilité.

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7

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98Figure 4a.

Coordination des DDRLa coordination des fonctions différentielles des DDR est réalisée par la sélectivité et/ou par la sélection des circuits.1/ La sélectivité consiste à ne faire déclencher que la protection différentielle située juste en amont du défaut. Cette sélectivité peut être à trois ou quatre niveaux selon l’installation ; elle est aussi appelée "sélectivité verticale". Celle-ci doit être simultanément de type ampèremètrique et chronométrique.

Sélectivité ampéremétrique.La sensibilité de l’appareil amont doit être au moins le double de celle de l’appareil aval.En effet, les normes produits CEI 60755 et CEI 60947-2 annexe B définissent :

le non déclenchement du DDR pour un courant de défaut égal à 50 % du seuil de réglage

le déclenchement du DDR pour un courant de défaut égal à 00 % du seuil de réglage

des valeurs normalisées de réglages (30, 00, 300 mA et A).

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Sélectivité chronométrique.Les DDR ne limitent pas le courant de défaut. Le DDR amont aura donc un retard intentionnel permettant au DDR aval d’éliminer seul le défaut.Le réglage de la temporisation du DDR amont devra :

prendre en compte le temps d’ouverture du circuit par le DDR avalne pas être supérieure à la durée d’élimination du défaut pour assurer la

protection des personnes (généralement s).

b

b

b

v

v

v

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vv

6


2/ La sélection consiste à subdiviser les circuits et à les protéger individuellement ou par groupe. Elle est aussi appelée "sélectivité horizontale" et est utilisée en distribution terminale.La sélectivité horizontale, prévue par certaines normes d’installation pays, permet l’économie d’une fonction DDR en tête d’installation.

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00

Le National Electrical Code (NEC) définit un SLT de type TN-S :

conducteur neutre non coupé"conducteur" PE réalisé par les chemins

de câbles.

Pour assurer la protection des biens et prévenir les risques incendie d’une installation électrique suivant ce schéma, le NEC s’appuie sur des techniques employant des DDR de très basse sensibilité appelés GFP.

Le GFP doit être réglé de la façon suivante :seuil maximum (asymptote) à 1200 Atemps de réponse inférieur à 1 s pour un

défaut de 3000 A (réglage de la courbe de déclenchement).

bb

bb

1.2.2. Le National Electric Code (NEC)

1.2.2.1. La mise en œuvre du NECLe NEC au § 250-5 a défini des SLT de type TN-S et IT, ce dernier schéma étant réservé aux applications industrielles ou tertiaires spécifiques (hôpitaux). Le schéma TN-S est donc le plus utilisé dans les applications courantes.

Les caractéristiques essentielles de ce schéma TN-S sont :le conducteur neutre n’est jamais coupéle PE est réalisé par la liaison entre toute les masses des équipements et les

parties métalliques des chemins de câbles : ce n’est en général pas un conducteurles conducteurs de puissance peuvent cheminer dans des tubes métalliques

servant de PEla mise à la terre du neutre de la distribution ne se fait qu’en un seul point généralement à celui de mise à la terre du neutre du transformateur BT

(cf. 250-5 et -2)un défaut d’isolement entraîne un courant de court-circuit.

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0

Figure 6 - "schéma NEC".

La protection des personnes contre les contacts indirects est assurée :par les DPCC en distribution de puissance car un défaut d’isolement est assimilé

à un court-circuitpar des dispositifs DDR haute sensibilité (∆n = 0 mA) au niveau du récepteur.

La protection des biens, des études ont montré que les coûts globaux se chiffraient en MM dollars/an sans l’utilisation de précautions particulières du fait :

de la possibilité de circulation de forts courants vagabondsde la maîtrise délicate de l’impédance de la boucle de défaut.

bvv

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v-

v

b

b

bb

De ce fait le standard du NEC considère que le risque d’incendie est élevé. Le NEC au § 230 a donc développé une technique de protection des risques "incendie" basée sur l’emploi de DDR de très basse sensibilité. Cette technique est appelée GFP "Ground Fault Protection" ou "protection terre". Le dispositif de protection est souvent désigné par "GFP".

7


Le NEC au § 230.95 impose l’utilisation d’un GFP au minimum en tête d’installation BT si :

le neutre est directement mis à la terre50 V < tension simple < 600 VINominal de l’appareil de tête > 000 A.Le GFP doit être réglé de la façon suivante :seuil maximum (asymptote) à 200 Atemps de réponse inférieur à s pour un défaut de 3000 A (réglage de la courbe de

déclenchement).Bien que le standard NEC impose un seuil maximum à 200 A, il préconise :

des réglages autour de 300 à 400 Ad’utiliser sur le départ aval, un GFP dont les réglages (seuil, temporisation) sont

en accord avec les règles de sélectivité exprimées au paragraphe 2.2.des dérogations à l’utilisation de GFP sont admises :si la continuité de service est impérative et le personnel de maintenance est bien

formé et omniprésentsur les alternateurs des groupes de secourspour les circuits de lutte incendie.

1.2.2.2. Protection par GFPGFP suivant le NEC § 230.95 Ces fonctions sont généralement intégrées à un DPCC (disjoncteur).

Trois types de GFP sont réalisables en fonction du dispositif de mesure installé :"Residual Sensing" RS.

Le courant "de défaut d’isolement" est calculé par l’addition vectorielle des courants des secondaires des TC(1) de mesure. (1) Le TC sur le conducteur neutre est souvent extérieur au disjoncteur.

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72

22

Figure 7a - "schéma RS".

"Source Ground Return" SGR.Le courant "de défaut d’isolement" est mesuré dans la liaison neutre - terre du transformateur BT. Le TC est extérieur au disjoncteur.

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98

Figure 7b - "schéma SGR".

b

vvvbvv

bb

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b

8


1.3. Rôle et fonctionnalités de la "protection terre"

Pour assurer la protection incendie : le NEC définit l’emploi de DDR de très

basse sensibilité appelés GFPla norme IEC 60364 utilise les

carctéristiques du schéma TT associé à des DDR basse ou haute sensibilité.

Ces protections utilisent le même principe : la mesure du courant de défaut au moyen :

d’un capteur sensible au courant homopolaire ou résiduel (courant de défaut à la terre)

d’un relais de mesure qui compare ce courant au seuil de réglage

d’un actionneur qui envoie un ordre de déclenchement à l’organe de coupure du circuit surveillé en cas de dépassement du seuil de réglage.

b

b

b

b

b

Ce type de protection est définie par le NEC (National Electrical Code) pour assurer la protection incendie sur des installations électriques de puissance.

1.3.1. Schéma des liaisons à la terreLa norme CEI :

utilise les caractéristiques des SLT pour gérer le niveau des courants de défautsne préconise de ce fait que des dispositifs de mesure des courants de défauts

ayant des valeurs de réglages très faibles (DDR à seuil, généralement, < 500 mA).Le NEC :

définit un schéma TN-S et schéma ITpréconise en schéma TN-S des dispositifs de protection des courants de défauts

à valeurs de réglages élevés (GFP à seuil, généralement, > 500 A).

SLT Schéma TN-C

Schéma TN-S

Schéma TT

Schéma IT- 1er défaut

Courant de défaut Fort Id y 20 A

FortId y 20 kA

MoyenId y 20 kA

FaibleId y 0, A

Utilisation du SLTb CEI 60364b NEC

bInterdit

b b bb b b

b bInterdit

bb

Incendie :b pour CEI 60364b NEC

Non recommandéSans objet

Non recommandéGFP 200 A

Recommandé + DDR 300 mASans objet

b Peu utilisé b b Utilisé b b b Souvent utilisé

bb

bb

"Zero Sequence" ZS.Le courant "de défaut d’isolement" est directement calculé au primaire du TC par addition vectorielle des courants dans les conducteurs actifs. Ce type de GFP est utilisé seulement avec de faibles valeurs de courant de défaut.

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7

Figure 7c - "schéma ZS".

1.2.2.3. Positionnement des GFP dans l’installationLes GFP sont utilisés pour la protection contre le risque incendie.

Type/niveau d’installation En tête Divisionnaire Commentaires Source Ground Return (SGR) v UtiliséResidual sensing (RS) (SGR) v b Très utiliséZero Sequence (SGR) v b Peu utilisé

v Possible b Conseillé ou obligatoire

b

9


1.3.2. DDR et GFPLe courant de défaut d’isolement peut :

soit provoquer le déclenchement des DPCC s’il est équivalent à un court-circuitsoit provoquer l’ouverture automatique des circuits au moyen d’appareillages

spécifiques :DDR si la valeur de réglage de seuils est de haute sensibilité (HS) 30 mA ou basse

sensibilité (BS) jusqu’à 30 AGFP pour des valeurs de réglages de très basses sensibilité (> 00 A).

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bb

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v

0

Les Technique des GFP

2.1. Mise en œuvre dans l’installation

Mise en œuvre des GFP

La mesure doit être effectuée :soit sur l’ensemble des conducteurs

actifs (3 Phases + Neutre si celui-ci est distribué). Le GFP est de type RS ou Z.

soit sur le conducteur PE. Le GFP est de type SGR.

Le GFP basse sensibilité ne peut fonctionner qu’en schéma TN-S.

b

b

L’analyse de la figure 8 fait apparaître trois niveaux.

A/ Au niveau du TGBT, les caractéristiques de l’installation sont :des courants nominaux très importants (> 2000 A)des courants de défaut d’isolement élevésle PE de la protection de source est facilement accessible.

De ce fait, le GFP à mettre sur l’appareil de tête est de type Residual Sensing ou Source Ground Return.La continuité de service impose une sélectivité totale des protections GFP en cas de défaut aval. A ce niveau les schémas d’installation peuvent être complexes : multisource, ... La gestion des GFP installés devra en tenir compte.

B/ Au niveau du tableau intermédiaire ou divisionnaire, les caractéristiques de l’installation sont :

des courants nominaux importants (de 00 à 2000 A)des courants de défaut d’isolement moyensles PE des protections ne sont pas facilement accessibles.

De ce fait, les GFP sont de type Residual ou Zero Sequence (pour les faibles valeurs).

Nota : les problèmes de sélectivité peuvent être simplifiés dans le cas où des transformateurs d’isolement sont utilisés.

C/ Au niveau du récepteur, les caractéristiques de l’installation sont : des courants nominaux faibles (< 00 A )des courants de défaut d’isolement faiblesles PE des protections ne sont pas facilement accessibles.

La protection des biens et des personnes est ici réalisée par des DDR à seuil HS ou BS.La continuité de service est assurée :

par la sélectivité horizontale au niveau des départs terminaux : un DDR sur chaque départ

par la sélectivité verticale vers les protections du tableau divisionnaire amont (facilement réalisable car les valeurs de seuils sont très différentes).

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bbb

bbb

b

b

Les Technique des GFPD

B2

5405

Figure 8 - "schéma général".

2


2.2. Fonctionnalités Coordination des GFP

La sélectivité entre les protections terre doit être ampèremètrique et chronométrique.

Cette sélectivité se fait entre :la protection GFP amont et les

protections GFP aval la protection GFP amont et les

déclenchements CR des protections aval.

La sélectivité logique "ZSI" garantit la coordination des protections amont et aval. Elle nécessite un fil pilote entre les appareillages.

b

b

Le standard du NEC 230 § 95 n’impose, pour prévenir les risques d’incendie, qu’une protection terre par GFP sur l’appareil de tête. Or les défauts d’isolement ont rarement lieu sur les jeux de barre du TGBT mais plus souvent sur la partie médiane ou terminale de la distribution.Il est indispensable que seule la protection aval située juste en amont du défaut agisse afin d’éviter la mise hors service de l’installation toute entière.

Le GFP amont doit être coordonné avec les protections situées en aval.La coordination des protections sera faite entre :

le GFP amont et les éventuels GFP avalle GFP amont et les DPCC en aval, car du fait des valeurs de réglage des seuils

des GFP (quelques centaines d’ampères), la protection par GFP peut interférer avec les protections par DPCC installées en aval.Nota : l’utilisation de transformateurs, assurant l’isolement galvanique, le changement de SLT ou le changement de tension, règle les problèmes de sélectivité (cf. § 2.4.3).

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06

Figure 9.

2.2.1. Sélectivité entre les protections GFPRègles de sélectivité : la sélectivité est de type ampèremétrique et chronométriqueCes deux types de sélectivité doivent être simultanément mises en œuvre.

Sélectivité ampèremètrique. Le réglage du seuil de déclenchement du GFP amont est supérieur à celui du GFP aval. Du fait des tolérances sur les réglages, une différence de 30% entre le seuil amont et aval est suffisante.

Sélectivité chronométrique.Le réglage du retard intentionnel du GFP amont est supérieur au temps d’ouverture de la protection aval. En outre, il est indispensable que le retard intentionnel apporté à la protection amont respecte la durée maximale d’élimination des défauts d’isolement définie par le NEC § 230.95 (soit 1s pour 3000 A).

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27

Figure 10 - Coordination entre GFP.

bb

b

b

3


2.2.2. Sélectivité entre protection GFP amont et DPCC avalRègles de Sélectivité entre GFP et fusibles avalDu fait des valeurs de réglage des seuils des GFP (quelques centaines d’ampères), la protection par GFP peut interférer en cas de défaut terre avec les protections par fusibles installées en aval.Si les appareillages avals ne sont pas équipés d’une protection de terre, il faut vérifier que le réglage du GFP amont prend en compte la courbe de fusions des fusibles aval.

L’étude des courbes de fonctionnement montre que la sélectivité totale est assurée avec :

un ratio de l’ordre de 0 à 5 entre le seuil de réglage du GFP amont et le calibre des fusibles aval

un retard intentionnel du GFP amont supérieur au temps de coupure de la protection aval.Une fonction de type I²t = constante sur le réglage du GFP permet d’améliorer légèrement le ratio de sélectivité.Le ratio peut fortement se réduire par l’utilisation de disjoncteur grâce à la possibilité de réglage du seuil magnétique ou CR du disjoncteur aval.

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0

Figure 11 - Coordination entre GFP amont et protections aval.

Règles de sélectivité entre GFP et disjoncteursLa condition exprimée ci dessus équivaut à un réglage de la protection GFP à ,5

fois celui de la protection magnétique ou CR du disjoncteur aval.Si cette condition n’est pas vérifiée, pour la réaliser on peut : baisser le seuil du réglage magnétique en prenant garde aux déclenchements

intempestifs sur le départ aval concerné (en particulier sur le départ-moteur)augmenter le seuil du GFP en faisant attention de bien conserver la protection de

l’installation contre les courants vagabonds car cette solution autorise la circulation de courants plus élevés.

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DB

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2

Figure 12a. Figure 12b.

2.2.3. Sélectivité logique ZSI

ZSI = "Zone Selective Interlocking"Recommandée et très utilisée aux USA, elle est mise en place au moyen d’un fil pilote reliant chacune des fonctions GFP avals et la fonction GFP amont.

b

b

b

bv

v

4


En cas de défaut, le relais le plus proche du défaut terre (R par ex) voit le défaut, envoie un signal au relais en amont (R2) lui signalant qu’il l’a vu et qu’il va l’éliminer instantanément. R2 reçoit ce message, voit le défaut mais reste en attente du signal émis par R et envoie également un signal à R3, etc. Le relais R2 ne déclenchera qu’après une temporisation (quelques dizaine de ms) si le défaut n’est pas éliminé par R (Voir exemples et 2).

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3

Figure 13a - Sélectivité ZSI.

Cette technique permet de :réaliser facilement en standard la sélectivité sur 3 niveaux ou plussupprimer les contraintes importantes sur l’installation, liées au déclenchement

temporisé de la protection, en cas de défaut directement sur les jeux de barres amont. Toutes les protections sont donc quasiment instantanées.Cette technique nécessite l’utilisation d’un fil pilote entre toutes les protections concernées.Exemple 1 :

les disjoncteurs D à D3 sont équipés d’un déclencheur permettant la mise en œuvre d’une sélectivité logique :

un défaut d’isolement apparaît au point C provoquant un courant de défaut de 500 A

le relais n°3 (seuil à 300 A) donne instantanément l’ordre de déclenchement au disjoncteur (D3) du départ concerné :

le relais n°3 envoie également un signal au relais n°2, qui a aussi détecté le défaut (seuil à 800 A), annihilant temporairement l’ordre de déclenchement du disjoncteur D2 pendant quelques centaines de millisecondes, durée de l’élimination du défaut par le disjoncteur D3

le relais n°2 à son tour envoie un signal au relais n°1le relais n°2 donnera l’ordre d’ouvrir le disjoncteur D2 au bout de quelques

centaines de millisecondes seulement si le défaut persiste, c’est-à-dire si le disjoncteur D3 ne s’est pas ouvert

de même, le relais n°1 donnera l’ordre d’ouvrir le disjoncteur D1 quelques centaines de millisecondes après l’occurrence du défaut seulement si les disjoncteurs D2 et D3 ne se sont pas ouverts.

DB

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4

Figure 13b - Application ZSI.

bb

b

v

b

v

vv

v

5


Exemple 2 :un défaut d’isolement apparaît au point A provoquant un courant de défaut de

500 Ale relais n°1 (seuil à 1200 A) donne instantanément l’ordre de déclenchement au

disjoncteur (A) n’ayant reçu aucun signal des relais situés en avalle déclenchement instantané de D permet de réduire fortement les

contraintes sur les jeux de barres.

b

b

b

2.3. Mise en œuvre de la coordination des GFP

Les règles de sélectivité entre GFP et disjoncteurs impliquent un réglage de la protection GFP à 1,5 fois celui de la protection magnétique ou CR du disjoncteur aval.

2.3.1. Exemples d’applications

2.3.1.1. Sélectivité entre GFPExemple 1 :

le disjoncteur D est équipé d’un GFP de type SGR réglé à 200 A temporisé au cran 2 (soit ∆t = 40 ms)

le disjoncteur D2 est équipé d’un GFP2 de type RS réglé à 400 A instantanéun défaut d’isolement apparaît en B provoquant un courant de défaut de 500 A :l’étude des courbes de déclenchement montre que les 2 relais "voient" le courant

de défaut. Mais seul GFP2 fait déclencher sa protection instantanémentla sélectivité sera assurer si le temps total δt2 d’élimination du défaut par D2 est

inférieur à la temporisation Dt de D.

DB

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5

DB

254

6

Figure 14a - Courbes de déclenchement. Figure 12c.

Exemple 2 :un défaut d’isolement apparaît en A provoquant un courant de défaut de 2000 A :le disjoncteur D l’éliminera après la temporisation ∆tl’installation subit la contrainte thermique du défaut pendant la temporisation ∆t et

le temps δt d’élimination du défaut.

2.3.1.2. Sélectivité entre GFP amont et DPCC avalExemple 1 :

le disjoncteur amont D est équipé d’un GFP dont le seuil est réglé à 000 A ±5 % et la temporisation à 400 ms :

le disjoncteur D2 a un calibre de 00 A protégeant des circuits de distribution. Le réglage du CR de D2 est à 0 In soit 000 A ±5 %

un défaut d’isolement apparaît au point B provoquant un courant de défaut Id.l’étude des courbes de déclenchement montre un chevauchement autour de la

valeur de réglage du magnétique (000 A soit 0 In ±5 %) donc une perte de sélectivité.En abaissant le seuil CR à 7 In, on obtient la sélectivité entre les 2 protections quelle que soit la valeur du défaut d’isolement.

b

bbv

v

bvv

b

v

vb

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7

Figure 14b.

DB

254

7

Figure 14b.

6


2.4. Exploitations particulières des GFP

La protection par GFP peut être aussi utilisée pour :

protéger des alternateursprotéger des récepteurs.

L’utilisation de transformateurs sur une partie de l’installation permet de confiner les défauts d’isolement.

La sélectivité avec le GFP amont est naturellement réalisé.

bb

2.4.1. Protections des alternateurs Un défaut d’isolement à l’intérieur de la carcasse métallique d’un groupe générateur risque d’endommager gravement l’alternateur de ce groupe. Le défaut doit être détecté et éliminé rapidement. De plus, si d’autres alternateurs sont mis en parallèle, ils vont débiter dans le défaut et risquent de provoquer un déclenchement par surcharges. La continuité de service n’est plus assurée.

De ce fait, un GFP intégré dans le circuit de l’alternateur permet :de découpler rapidement le générateur en défaut et de préserver la continuité de

serviced’agir au niveau des circuits de commande de l’alternateur en défaut pour le

mettre à l’arrêt et diminuer les risques de dégradation.

DB

254

8

Figure 15 - "protection des alternateurs".

Ce GFP est de type "Residual Sensing" à installer au plus près de la protection suivant un schéma TN-C au niveau de chaque groupe générateur avec mise à la terre des masses par un PE séparé :

en cas de défaut sur l’alternateur n°1 :un courant de défaut homopolaire s’établit dans PE Id + Id2 du au débit des

sources et 2 dans le défaut ce courant est vu par le GFP qui va donner l’ordre de découplage instantané de

l’alternateur (ouverture du disjoncteur D)ce courant n’est pas vu par le GFP2, du fait du schéma TN-C.

Ce type de protection est appelée par les Anglo-saxons "restricted differential".Les GFP installés ne protègent que les sources.

b

b

bv

v

v

GFP est de type "Residual Sensing" RS. Réglage des seuils des GFP : de 3 à 100 A suivant le calibre du GE.

2.4.2. Protection des récepteurs Un défaut d’isolement de faible valeur dans le bobinage d’un moteur peut rapidement se développer et se terminer par un court-circuit générant des dégradations importantes voire la destruction du moteur. Un GFP à seuil faible (quelques ampères) assure une protection correcte en mettant hors service le moteur avant des dommages importants.

GFP est de type "Zero Sequence". Réglage des seuils des GFP : de 3 à 30 A suivant le type de récepteurs.

7


2.4.3. Applications particulièresIl est assez courant aux USA d’insérer des transformateurs BT couplés ∆Y dans la distribution de puissance :

pour abaisser la tensionmixer les SLTassurer l’isolement galvanique entre les différentes applications, ...

Ce transformateur permet aussi de s’affranchir du problème de sélectivité entre le GFP amont et les protections avals. Effectivement, les courants de défauts (homopolaires) ne remontent pas à travers ce type de couplage.

DB

254

9

Figure 16 - "transformateurs et sélectivité".

bbb

8


La mise en oeuvre correcte des GFP sur les réseaux consiste à :être bien protégé contre les défauts d’isolementdéclencher uniquement quand cela est nécessaire.

bb

3.1. Précautions à l’installation

La mise en œuvre correcte des GFP implique d’être sûr :

du SLT installé. Le SLT doit être TN-Sde la mesure réaliséede ne pas oublier le courant du

conducteur neutreen cas d’utilisation de TC extérieur, de

correctement les câbler au primaire comme au secondaire

d’avoir une bonne coordination (sélectivité) entre les protections.

bbv

v

b

3.1.1. Etre sûr du schéma des liaisons à la terreLa protection GFP est une protection incendie à seuil élevé (de quelques dizaines jusqu’à 200 ampères) :

en schéma de type IT et/ou TT, cette fonction n’est pas nécessaire : les courants de défaut d’isolement sont naturellement faibles, inférieurs à quelques ampères (cf. § .2.)

en schéma TN-C, les conducteurs PE et neutre sont confondus : de ce fait on ne peut discriminer les courants d’un défaut d’isolement larvé et dangereux, d’un courant de neutre normal.

b

b

Le schéma doit être de type TN-S.

Le GFP fonctionne correctement seulement :b avec un vrai conducteur PE, c’est-à-dire un conducteur de protection qui ne véhicule que les courants de défautsb avec un SLT qui favorise, en cas de défaut d’isolement, le passage d’un fort courant de défaut.

Schéma Residual SensingEn premier lieu, il est nécessaire de vérifier que:

l’ensemble des conducteurs actifs, y compris le conducteur neutre est contrôlé par le ou les tores de mesure

le conducteur PE n’est pas dans le circuit de mesure le conducteur neutre n’est pas un PEN, ou ne le devient pas par évolution du

schéma (cas du multisource)la mesure du courant dans le neutre (si elle est faite par un TC séparé) est

réalisée avec la bonne polarité (primaire et secondaire) afin que l’électronique de l’appareillage de protection effectue correctement la somme vectorielle des courants des phases et du neutre

le TC extérieur est du même calibre que le TC des phases .

DB

254

20

Figure 17 - "schéma RS" : alimentation amont et aval.

Nota 1 : l’utilisation d’un disjoncteur tétrapolaire permet de s’affranchir des problèmes à .

Nota 2 : la position du TC de mesure sur le conducteur neutre est indépendante du type d’alimentation de l’appareillage :

alimentation par l’amont oualimentation par l’aval.

b

bb

b

b

bb

9


Schéma Source Ground ReturnIl faut s’assurer que:

la mesure s’effectue bien sur un conducteur PE et non sur un PEN les précautions sur la polarité du TC exprimées ci-dessus sont prises en compte

(même si la mesure est effectuée par un seul TC celui ci peut être ultérieurement couplé à d’autres TC)

le TC extèrieur est du même calibre que le TC des phases .

DB

254

2

Figure 18 - "schéma SGR" : alimentation amont et aval.

Couplage des TC de mesure Afin de coupler correctement 2 TC de mesure ou de raccorder un TC extérieur, il est nécessaire :

dans tous les cas :de vérifier qu’ils soient du même calibrede vérifier la polarité au primaire comme au secondaire.en cas de couplage au niveau du câblage des secondaires, il est souhaitable :de bien les mettre en court-circuit quand ils sont ouverts (découplés)de raccorder les bornes de même repères ensemble (S à S et S2 à S2)de mettre la borne secondaire S2 d’un seul des TC à la terred’affecter les fonctions couplage découplage sur les liaisons entre les bornes S.

DB

254

22

Figure 19 - Couplage de TC extérieur.

bb

b

bvvbvvvv

3.2. Précautions à l’exploitation

En exploitation, le schéma TN-S doit être respecté.Une installation "multisource /multigrounding" doit être étudiée soigneusement car le schéma amont peut être un TN-C et le conducteur neutre, un PEN.

Le principal problème est d’être sûr que le schéma TN-S ne se transforme pas en schéma TN-C à l’exploitation. Cela peut être dangereux et perturbateur en cas de courant important dans le conducteur neutre.

20

Les techniques de mise en œuvre

3.2.1. Les courants harmoniques dans le neutreLa circulation de courant naturel important dans le conducteur neutre est due à certaines charges non linéaires de plus en plus fréquentes dans la distribution électrique (1) :

alimentation à découpage des systèmes informatiques (PC, périphériques, ...)ballast pour éclairage fluorescent, ...

Ces charges génèrent des pollutions harmoniques qui contribuent à faire circuler un courant homopolaire important dans le conducteur neutre.Ces courants harmoniques ont comme caractéristiques :

d’être d’harmonique 3 ou multiple de 3d’être quasiment permanents (dès que les charges sont alimentées)d’avoir des amplitudes importantes (en tous cas nettement supérieures aux

courants de déséquilibre).D

B2

5423

Figure 20 - Circulation des harmoniques 3.

En effet, étant donné leur fréquence trois fois plus élevée et leur déphasage par pas de 2π/3, seuls les courants d’harmonique 3 et multiple de trois s’ajoutent dans le neutre au lieu de s’annuler. Les autres ordres peuvent être négligés.Devant ce problème, plusieurs solutions sont envisageables :

surdimensionner le câble de neutreéquilibrer autant que possible les chargesintercaler un transformateur couplé ∆Y qui bloque les courants d’harmoniques d’ordre 3.

La philosophie NEC, qui ne prévoie pas de protection du neutre, préconise de surdimensionner le câble de neutre en le doublant.

bb

bbb

bbb

(1) Une étude effectuée en 1990 sur l’alimentation de récepteurs de type informatique a montré que :b pour une grande partie des sites, le courant de neutre est de l’ordre de 25 % du courant moyen par phaseb 23 % des sites ont un courant de neutre de plus de 100 % du courant par phase.

3.2.2. Incidences sur la mesure des GFPEn schéma TN-S, il n’y a pas d’incidence. Mais il faut faire très attention à ce que le schéma de type TN-S ne se transforme pas en TN-C .En schéma TN-C, le conducteur neutre et le PE sont confondus. Les courants de neutre (en particuliers harmoniques) circulent dans le PE et les structures. Ces courants dans le PE peuvent créer des perturbations sur les équipements sensibles :

par rayonnement des structurespar perte d’équipotentialité entre 2 équipements.

Un Schéma TN-S se transformant en Schéma TN-C provoque les mêmes problèmes. Les courants mesurés par les GFP de tête deviennent erronés :

les courants naturels du neutre peuvent être interprétés comme des courants de défaut

les courants de défaut passant par le conducteur neutre peuvent désensibiliser ou faire déclencher intempestivement les GFP.

Exemples Cas 1 : défaut d’isolement sur le conducteur NeutreLe schéma TN-S se transforme en schéma TN-C en cas de défaut d’isolement du conducteur neutre. Ce défaut n’est pas dangereux donc il n’est pas nécessaire de mettre hors service l’installation.En revanche, la circulation des courants en amont de défaut peut provoquer un dysfonctionnement des GFP.

bb

b

b

2


Il est donc nécessaire de vérifier qu’il n’y a pas ce type de défaut sur l’installation.

DB

254

24

Figure 21a - TN-S transformé en TN-C.

Cas 2 : multisource avec multigroundingC’est un cas fréquent en particulier pour réaliser l’extension d’une installation. Dès que deux sources ou plus sont couplées avec plusieurs mises à la terre, les conducteurs neutre en amont des couplages sont transformés en PEN.

Nota : une mise à la terre unique des 2 sources réduit le problème (la circulation du courant de neutre dans les structures) mais :

les conducteurs neutre en amont du couplage sont des PENce schéma n’est pas trés simple à concevoir correctement.

DB

254

25

Figure 21b - Schéma multisource / multigrounding conducteur PEN.

Nota : pour étudier les schémas, le code suivant sera utilisé : Neutre P E P E N

bb

3.3. Applications

La mise en œuvre d’un schéma avec une seule source ne pose pas de problèmes particuliers car le courant de défaut ou de neutre ne peut pas être dévié.

3.3.1. MéthodologieLa mise en œuvre rappelée au paragraphe 3.1 consiste à vérifier 6 critères.

Etre sûr de la mesure :a 0 : le GFP est physiquement bien installé : le TC de mesure est correctement positionné.Il faut ensuite vérifier sur l’unifilaire.

Etre sûr du SLT TN-S, c’est à dire :en fonctionnement sans défaut :

a 1 : les GFP n’ont pas de déclenchements intempestifs avec ou sans charges déséquilibrées et / ou harmoniquesa 2 : les équipements sensibles environnants ne sont pas perturbés.

b

bv

22


en fonctionnement avec défauts :b 1 : le GFP sur le départ en défaut mesure la "vraie" valeur du défautb 2 : les GFP non concernés n’ont pas de déclenchements intempestifs.

Etre sûr de la disponibilité :b 3 : la sélectivité avec les protections amont et aval est bien assurée en cas de défaut d’isolement.

3.3.2. Application : mise en œuvre en schéma TN-S monosourceElle ne pose pas de problème si la méthodologie vue précédemment est respectée.

Etre sûr de la mesure :Critère a 0Il est nécessaire de vérifier que :

en schéma "Residual Sensing", l’ensemble des câbles actifs est contrôlé et que le tore sur le conducteur neutre est bien positionné (sens du courant primaire, câblage du secondaire)

en schéma "Source Ground Return", le tore de mesure est bien installé sur le PE (et non pas sur un PEN ou un conducteur neutre). b Etre sûr du SLT TN-S :Critères a 1 et a 2

le courant circulant dans le neutre n’a qu’un seul chemin pour retourner à la source qu’il y ait ou non des courants harmoniques dans le neutre. La somme vectorielle des courants (3 Ph + N) est nulle.Le critère a 1 est vérifié.

le courant de neutre ne peut pas se reboucler dans le PE car il n’y a qu’une connexion du neutre de transformateur vers le PE. Il n’y a pas de rayonnement possible des structures. Le critère a 2 est vérifié.

Critères b 1 et b 2En cas de défaut, le courant ne peut pas revenir par le neutre et revient intégralement à la source par le PE.De ce fait :

les GFP placés sur la chaîne d’alimentation du départ lisent le vrai courant de défaut

les autres ne pouvant pas le voir restent inactifs.Les critères b 1 et b 2 sont vérifiés.

Critère b 3Etre sûr de la disponibilité :la sélectivité doit être assurée selon les règles du paragraphe 2.2.

Le critère b 3 sera alors vérifié.

DB

254

26

Figure 22 - Schéma monosource.

v

b

b

v

v

v

v

v

v

bv

23


Dès que le réseau comporte au moins 2 sources, le schéma de protection adopté devra tenir compte des problèmes liés :

aux harmoniques d’ordre 3 et multiple de 3

à la non coupure du neutreaux déviations possibles des courants.

De ce fait, l’étude d’un schéma "multisource" doit clairement faire apparaître les chemins de retour possibles :

des courants de neutre des courants de défauts d’isolement

c'est à dire bien distinguer la partie PE et PEN du schéma.

b

bb

bb

3.3.3. Application : mise en œuvre en schéma TN-S multisource Le cas du multisource est plus complexe.Il existe une multitude de configuration de réseaux possible dépendant :

du schéma (sources en parallèle, source Normal / Remplacement, ...)de la gestion des sourcesdu nombre de mises à la terre du neutre de l’installation : généralement le NEC

recommande une seule mise à la terre mais tolère ce type de schéma dans certains cas (§ 250-2 (b))

de la solution adoptée pour effectuer cette mise à la terre.

Chacune de ces configurations nécessite une étude particulière.

bbb

b

Les applications présentées dans ce paragraphe seront du type multisource à 2 sources.

Les différents schémas de principe mis en œuvre sont résumés dans ce tableau.

Position des appareillages Fonctionnement Q Q2 Q3Normal N F F ORemplacement R1 O F FRemplacement R2 F O F

F : Fermé O : Ouvert

Les 6 critères (a0, a1, a2, b1, b2 et b3) à appliquer à chaque schéma sont définis au paragraphe 3.2..

Pour étudier tous les cas de figures et en tenant compte des symétries entre GFP1 et GFP2, il faudra vérifier 12 critères (6 critères x 2 schémas).

DB

254

26

Figure 24 - Couplage.

24

Etude de schémas multisource

4.1. Schéma multisource avec une seule mise à la terre

Le schéma multisource / une mise à la terre est caractérisée par un PEN sur la / les liaison(s) arrivée :

le schéma généralement utilisé est le schéma 2 (la mise à la terre est symétrique réalisée au niveau du couplage)

les schémas 1 et 3 ne sont utilisés qu’en couplage de source.

Caractéristiques schéma 2

La protection terre peut être :de type SGRde type RS si le découplage du neutre

des charges est bien réaliséles disjoncteurs arrivée sont de type

tripolaire.

La gestion des défauts ne nécessitent pas de de protection terre sur le coupleur.

Caractéristiques schémas 1 et 3

Ces schémas sont disymétriques. Ils n’ont d’intérêt que lorsqu’ils sont utilisés en couplage de source avec un GE comme source de Remplacement.

b

b

bb

b

Ces schémas ne sont pas très faciles à réaliser et à maintenir en cas d’extension : il faut éviter de réaliser une 2éme mise à la terre. Il n’existe qu’un seul chemin de retour vers les sources :b pour les courants naturels du neutreb pour les courants de défaut du PE.

Les schémas (figure 25) sont de 3 types :

DB

254

28

DB

254

29

DB

254

30

Schéma 1 Schéma 2 Schéma 3Figure 25.

Le schéma n°2 est le seul employé tel que. Les schémas 1 et 3 ne sont utilisés que sous forme simplifiée :

charge U2 (schéma ) ou U (schéma 3) absentepas de couplage Q3.

L’étude de ces schémas est caractérisée par un PEN sur la/les liaison(s) arrivée. De ce fait les disjoncteurs arrivée Q et Q2 sont obligatoirement de type tripolaire.

4.1.1. Schéma 2La mise à la terre du neutre étant réalisée au moyen du conducteur neutre de distribution, le neutre des protections de tête est de ce fait un PEN. La liaison de mise à la terre en revanche est un PE.

DB

254

3

Figure 26a.

Rappel de la codification utilisée : Neutre P E P E N

bb

25


4.1.1.1. Etude 1 / schéma 2La protection terre de tête peut être mise en œuvre par des GFP de type "Source Ground Return" dont les TC de mesure sont installés sur cette liaison (cf. figure 26b).

DB

254

3

Figure 26b - Schéma de type "Source Ground Return".

En fonctionnement normal N : a 0 est bien vérifié car il s’agit d’un PEa 1 et a 2 sont également vérifiés (les courants dans le conducteur neutre ne

peuvent pas circuler dans le PE et les circuits de terre)b 1 est vérifiéb 2 n’est pas vérifié car il s‘agit d’un PE commun aux 2 parties de l’installationb 3 peut être vérifié sans problème.

Les protections GFP mises en œuvre assurent la sécurité de l’installation carle courant maximal de fuite pour les deux installations est toujours limité à 200 A.Mais la continuité de service n’est pas réalisée car un défaut d’isolement entraîne une mise hors service de l’ensemble de l’installation.Par exemple, un défaut sur U2 entraîne la mise hors service de U et U2.

En fonctionnement remplacement R1 ou R2 :les critères de fonctionnement sont tous vérifiés.

Pour résoudre totalement le problème lié au critère b 2, on peut :mettre en œuvre un schéma de couplages de TC (Etude 2)faire évoluer le schéma de l’installation (Etude 3).

4.1.1.2. Etude 2 / schéma 2En remarquant que le A (ou A2) est :

un PE en fonctionnement normal Nun PEN en fonctionnement R (ou R2)un Neutre en fonctionnement R2 (ou R),

on peut installer les TC de mesure des GFP (de type SGR) de tête sur ces liaisons.

bb

bbb

bb

bbb

26


En fonctionnement normal N (cf. figure 27a)

DB

254

33

Figure 27a. Les critères de fonctionnement sont vérifiés car A1 (ou A2) est un PE.

En fonctionnement remplacement R1 (cf. figure 27b)

DB

254

34

Figure 27b.

Comme la liaison A est un PEN pour les utilisations U et U2, et la laison A2 un neutre pour l’utilisation U2, il est possible d’éliminer la mesure du courant de neutre dans ce conducteur grâce au couplage des TC (cf. figure 27b).Les courants de défaut ne sont mesurés que par le TC de mesure de Q : pas de sélectivité possible entre U et U2.Tous les critères de fonctionnement sont vérifiés.

Nota : les TC de mesure doivent être correctement polarisés et de même calibre.

En fonctionnement remplacement R2 : même principe.

4.1.1.3. Etude 3 / schéma 3Dans cette configuration, utilisée en Australie, le neutre des protections de tête est "refabriqué" en aval du PE. Il est néanmoins nécessaire de s’assurer qu’il n’y a pas d’autres neutres amonts et/ou PE avals connectés. Cela fausserait les mesures.La protection est assurée par des GFP de type Residual ayant le TC neutre placé sur cette liaison (en respectant bien entendu la polarité).

27


En fonctionnement normal N (cf. figure 28a)

DB

254

35

Figure 28a.

Critères a 1 et a 2Le courant circulant dans le neutre N (ou N2) n’a qu’un seul chemin pour retourner à la source. Le GFP (ou GFP2) fait la somme vectorielle de la totalité des courants de phases et de neutre. Les critères a 1 et a 2 sont vérifiés.

Critères b 1 et b 2En cas de défaut sur U (ou U2), le courant ne peut pas revenir par le neutre N (ou N2). Il revient intégralement à la source par le PE et le PEN (ou PEN2). De ce fait, le GFP (ou GFP2) placé sur la chaîne d’alimentation du départ lit le vrai courant de défaut et le GFP2 (ou GFP) ne voit aucun courant de défaut et reste inactif.

Critère b 3La sélectivité doit être assurée selon les conditions définies au § 2-2. Donc l’ensemble des critères est bien vérifié.

En fonctionnement remplacement R1 (cf. figure 28b)

DB

254

36

Figure 28b.

28


La fonctionnalité de N1 et de N2 n’est pas affectée par ce fonctionnement. Afin de gérer la protection des 2 utilisations (U + U2), il faut réaliser la somme des courants de neutre (N + N2).Le couplage des TC réalisé sur la figure 28b permet de vérifier les deux critères.

En fonctionnement remplacement R2 : même principe.

4.1.1.4. CommentairesLe schéma avec mise à la terre symétrique est utilisé dans les pays anglosaxons. Il nécessite de respecter scrupuleusement l’agencement du PE, du neutre et du PEN dans le TGBT.

Caractéristiques complémentairesGestion des courants de défauts sans TC de mesure sur le coupleurTest complet de la fonction GFP possible en usine : TC extérieurs étant situés

dans le TGBTProtection réalisée que sur la partie de l’installation en aval des TC de mesure :

génant si les sources sont éloignées.

4.1.2. Schémas 1 et 3Les schémas 1 et 3 (cf. figure 25) sont identiques.Nota : les disjoncteurs Q1 et Q2 sont obligatoirement tripolaires.

4.1.2.1 Etude du schéma 1 simplifiéLe diagramme de fonctionnement ne comprend que 2 états (Normal N ou Remplacement R2). Le schéma et le diagramme ci-aprés (cf. figure 29) représentent ce type d’application : la source 2 étant souvent réalisé par GE.

Sans charge U2.Sans coupleur Q3.

Position des appareillages Fonctionnement Q Q2Normal N F ORemplacement R2 O F

F : Fermé O : Ouvert

DB

254

38

PEN1

N1

Q2Q1

S1

GE

RS SGRPE

terre

charges U1

TGBT

Figure 30a.

En fonctionnement Normal NLe schéma est identique au schéma monosource (PE et neutre séparés) : donc pas de problème de mise en œuvre de la protection terre GFP de type RS ou SGR.

bb

b

bb

DB

254

28

Figure 29.

DB

254

28

Figure 29.

29


En fonctionnement remplacement R2Au niveau de Q2, le neutre et le PE sont communs (PEN) : de ce fait, l’utilisation d’une protection de terre GFP2 de type SGR avec TC extérieur sur la PE est la seule solution (simple) à mettre en œuvre.

4.1.2.2 Etude du schéma 1 complet Ce schéma présente peu d’intérêts et de plus nécessite un TC extérieur pour assurer la gestion correcte des protections de terre.

DB

254

39

Figure 30b.

En fonctionnement Normal NPour Q, le schéma est identique à celui d’un schéma monosource.Pour Q2, le GFP2 est de type SGR avec la mesure est faite sur PE2 (cf. figure 30b).En fonctionnement Normal R1Le schéma est analogue à un schéma monosource.En fonctionnement Normal R2PE2 devient un PEN. Un 2éme TC extérieur sur le PE (cf. figure 30b) associé à un relayage réalise la mesure.

4.2. Schéma multisource avec plusieurs mises à la terre

Le schéma multisource avec plusieurs mises à la terre est facile à mettre en œuvre.

Cependant, il est nécessaire au niveau des protections de terre (GFP) d’utiliser des relayages particuliers si le conducteur neutre n’est pas coupé.

L’utilisation de disjoncteurs d’arrivée et de couplage tétrapolaire élimine ces problèmes et permet une gestion simple et efficace de la protection de terre (GFP).

Les transformateurs BT des sources S et S2 ont leur point neutre directement relié à la terre. Cette mise à la terre peut être commune ou séparée. Un courant dans le conducteur neutre de la charge U peut revenir directement à S ou en passant par les mises à la terre.

30


DB

254

40

Figure 31 - "schéma multisource avec 2 mises à la terre".

4.2.1. Etude du schémaEn appliquant la méthodologie de mise en œuvre au fonctionnement Normal.

Critère a 1 : charges équilibrées sans harmoniques en U1 et U2Pour les charges U, le courant dans le neutre est faible ou nul. Les courants dans les chemins A et B sont aussi faibles ou nuls. Les GFP de tête (GFP et GFP2) ne mesurent aucun courant. Le fonctionnement est correct.Idem, si on s’intéresse aux charges U2.

Critère a 2 avec harmoniques sur charges U1Le courant circulant dans le neutre iN est important et donc les courants dans les chemins A (iN) et B (iN2) le sont également. Les GFP de tête (GFP et GFP2) mesurent un courant, qui suivant le niveau des seuils, peut provoquer un déclenchement intempestif. Le fonctionnement n’est pas correct.Le courant suivant le chemin B circule dans les structures. Le critère a 2 n’est pas vérifié.

DB

254

4

Figure 32a - "critère a 2" : circulation de courant dans les structures.

En cas de défaut sur les utilisations , le courant If peut revenir par le conducteur neutre (non coupé) s’il est partagé en If et If2

Critère b1GFP mesure un courant If - If2 = If inférieur au vrai courant de défaut. Cela peut se traduire par un non fonctionnement de GFP en cas de défaut dangereux.Le fonctionnement n’est pas correct. Le critère b1 n’est pas vérifié.

b

3


Critère b2GFP2 mesure un courant If2 alors qu’il n’y a pas de défaut. Cela peut créer un déclenchement intempestif de GFP.Le fonctionnement n’est pas correct.

DB

254

42

Figure 32b - "critère b1 et b2".

Critère b3 L’étude de la sélectivité est sans objet tant que les dysfonctionnements rencontrés ne sont pas résolus.

En fonctionnement R (ou R2).Les dysfonctionnements rencontrés subsistent.

La mise en œuvre de GFP sur des schémas multisource avec plusieurs mises à la terre avec le conducteur neutre non coupé nécessite une étude plus précise.En outre, le courant de neutre, circulant dans le PE à travers le chemin B, peut circuler dans les parties métalliques d’équipements reliés à la terre et induire des dysfonctionnements sur des équipements sensibles.

4.2.2. Solutions

4.2.2.1. Modified Differential GFPTrois GFP de type Residual Sensing sont installés sur les appareils de protection et le couplage (cf. figure 33a). En utilisant les lois de Kirchoff et grâce à un couplage judicieux des TC, on peut éliminer l’incidence du courant naturel dans le neutre (perçu comme un courant de circulation) et ne calculer que le courant de défaut.

DB

254

43

Figure 33a - "logique d’interverrouillage et reconstitution de la mesure".

b

32


Etude 1 : gestion des courants de neutrePour simplifier les raisonnements, cette étude est faite en considérant le schéma suivant :

fonctionnement Normal Ncharge U générant des courants de Neutre (harmoniques et/ou déséquilibre),

c’est à dire IU phase = ∑ I→ph, IU neutre = INpas de charge U2, c’est à dire IU2 phase = 0, IU2 neutre = 0pas de défauts sur U/U2, c’est à dire ∑ I→ph + I→N = 0.

DB

254

44

Figure 33b - Courant de neutre de U1.

Des remarques faites précédemment (cf. § 4.2.), on déduit : I→ = I→N + I→N2courant primaire dans GFP : I→ = I→N + ∑ I→ph = - I→N2courant secondaire de GFP : i = - iN2.De même, les courants de mesures de GFP2 et GFP3 :courant secondaire de GFP2 : i2 = iN2courant secondaire de GFP3 : i3 = - iN2.

Au niveau des mesures secondaires, iA, iB et iC permettent la gestion des GFP :iA = i - i3 → iA = 0iB = - i - i2 → iB = 0iC = i2 + i3 → iC = 0.

Conclusion : pas de détection (érronée) de défauts : le critère a1 est bien vérifié.

Etude 2 : gestion des courants de défauts

DB

254

45

Figure 33c - Défaut sur U1 simplifié : pas de courant de neutre (∑ I→

ph = 0, IN = 0).

Activé. Activé. Donne la valeur du défaut.

bb

bb

bvvvbvv

bvvv

b

33


Même principe de raisonnement que pour l’étude , mais :fonctionnement Normal Ncharge U générant des courants de neutre (harmoniques et/ou déséquilibre),

c’est à dire IU phase = ∑ I→ph, IU neutre = INpas de charge U2, c’est à dire IU2 phase = 0, IU2 neutre = 0défauts sur U ( I→f), c’est à dire ∑ I→ph + I→N + I→f = Ø.

En utilisant l’étude et les remarques précédemment faites (cf. § 4.2.), on déduit : I→f = I→f + I→f2courant primaire dans GFP : I→ = - I→N2 + I→ - I→f2 = - I→N2 + I→fcourant secondaire de GFP : i = - iN2 + if.

De même, les courants de mesure de GFP2 et GFP3 :courant secondaire de GFP2 : i2 = iN2 + if2courant secondaire de GFP3 : i3 = - iN2 - if2.Soit au niveau de iA, iB et iC : iA = if, iB = - if et iC = Ø.

Conclusion : détection et mesure exactes du défaut sur l’étude ; pas de signalement sur l’étude 2. Les critères b 1 et b 2 sont vérifiés.

Remarques : Ces deux études montrent qu’il est très important de respecter le positionnement primaire et secondaire des tores de mesures.Très utilisée aux USA, cette technique présente de nombreux avantages :

elle ne met en œuvre que des GFP RS standardselle peut être utilisée pour des systèmes complexes à plus de 2 sources ; dans ce

cas le couplage doit également être standardiséelle permet de déterminer la partie du schéma qui est en défaut lorsque le

disjoncteur de couplage est fermé.En revanche, elle ne supprime pas les courants de circulation de neutre dans les structures : elle ne peut être utilisée que si le risque de courants harmoniques dans le neutre est faible.

4.2.2.2. Coupure du neutreEn fait, le problème rencontré est dû essentiellement à l’existence de 2 chemins possibles pour le retour du courant de défaut et/ou du courant de neutre.

En fonctionnement NormalUn couplage par un appareillage tétrapolaire permet de couper le chemin du neutre. Le schéma multisource avec plusieurs mises à la terre est alors équivalent à 2 schémas monosources. Cette technique répond parfaitement aux critères de mise en œuvre, y compris le critère a 2 car le schéma TN-S est parfaitement préservé.

En fonctionnement R1 et R2Si on cherche à faire fonctionner ce schéma pour tous les cas de figures, il est nécessaire de mettre en service 3 appareils tétrapolaires.

DB

254

46

Figure 34.

Cette technique permet de gérer correctement et simplement les schémas multi-sources avec plusieurs mises à la terre, soit :

GFP et GFP2 standards RS ou SGRGFP3 (sur couplage) standard RS non nécessaire, mais permet de gérer en

fonctionnement R (ou R2) le défaut sur utilisation U ou U2.De plus, il n’y a plus de courants de neutre circulant dans les structures.

bb

bb

bvvv

vvb

b

bb

b

bb

34

Conclusion

5.1. Mise en œuvre

Il faut suivre la méthodologie du § 3.3. page 22, en particulier : être sûr de la mesure :monter physiquement les TC et raccorder les secondaires des TC selon les règles

de l’artne pas oublier la mesure du courant dans le conducteur neutreêtre sûr du schéma des laisons à la terre.

Le schéma doit être de type TN-S.être sûr de la disponibilité.

La sélectivité entre les protections GFP amont doit être assurée avec :les protections GFP avalles protections CR des disjoncteurs aval.

bv

vb

b

vv

5.2. Etude du schéma électrique

La protection par GFP est essentielle pour pallier le risque incendie sur une installation BT en schéma TN-S lorsque l’impédance de défauts phases / PE n’est pas maîtrisée.Afin d’éviter les dysfonctionnements et /ou les pertes de continuité de service, leur mise en œuvre nécessite une attention particulière. Le schéma monosource ne présente pas de problème.Le schéma multisource doit être étudié avec précision.Le schéma multisource avec multiple mise à la terre et coupure tétrapolaire au niveau du couplage et des arrivées, permet de simplifier l’étude et d’éliminer les dysfonctionnements.

Deux cas de figures sont à considérer :GFP aval dans la distribution divisionnaire (en aval du couplage éventuel des

sources) : pas de problème de schéma.Le GFP est de type Residual Sensing (RS) associé à un disjoncteur tri ou tétrapolaire.

GFP amont au niveau de la protection générale arrivée et/ou au niveau du couplage s’il existe : le schéma est à étudier plus précisément.

5.2.1. Schéma monosourceCe schéma ne pose pas de problèmes particuliers si la méthodologie de mise en œuvre est bien respectée.

b

b

DB

254

26D

B2

5426

35

Conclusion

5.2.2. Schéma multisource/monogroundCe type de schéma n’est pas très facile à mettre en œuvre : il doit être conçu de façon rigoureuse en particulier en cas d’extension (rajout d’une source supplémentaire). Il évite les “rebouclages” de courant de neutre dans le PE.Les disjoncteurs de source et de couplage devront être tripolaires.

5.2.2.1. Fonctionnement NormalCe schéma pour être exploitable vis-à-vis de la protection par GFP, devra faire apparaître :

soit un conducteur neutre pour l’ensemble des utilisateurs alimentés par chaque source : la mesure sera de type RS

soit un conducteur PE pour l’ensemble des utilisateurs alimentés par chaque source : la mesure sera de type SGR.

DB

254

48

DB

254

29

DB

254

50

Schéma 1Pas d’intérêt sauf en couplage de sources (pas de couplage Q3) = cas du GE.

Schéma 2Conducteurs neutre et PE accessibles pour chaque source. Le GFP1 (GFP2) sera :b de type RS avec CT extérieur sur le conducteur neutre N1 (N2)b de type SGR avec CT extérieur sur le conducteur PE1 (PE2).

Schéma 3Pas d’intérêt sauf en couplage de sources (pas de couplage Q3) = cas du GE.

Figure 35.

5.2.2.2. Fonctionnement RemplacementEn fonctionnement Remplacement, la mise en parallèle correcte des CT Extérieurs permet la gestion des défauts d’isolement.

5.2.3. Schéma multisource/multigroundCe schéma est très fréquemment réalisé. Des courants de circulation perturbateurs peuvent être générés dans les circuits PE et la gestion des courants de défaut d’isolement s’avère délicate. Une gestion efficace de ce type de schéma est possible, mais difficile.

b

b

La coupure tétrapolaire au niveau des disjoncteurs d’arrivée et de couplage permet une gestion simple et efficace des 2 problèmes.

Ce schéma devient alors équivalent à plusieurs schémas monosource.

36

Conclusion

5.3. Tableaux de synthèse

5.3.1. Utilisation des types de GFP selon l’installationLe tableau ci-après détermine les choix de GFP possibles en fonction du schéma.

Type de GFPTête d’installationMonosource Multisource /

Une mise à la terreMultisource / Plusieurs mises à la terre

DivisionnairesTous schémas

GFP CB associés GFP CB associés GFP CB associés GFP CB associés

tri tétra tri tétra tri tétra tri tétra

Source Ground Return v v b b (2) b v b (4)

Residual Sensing RS v v b (1) b (2) b b (3) b (4) b v b

Zero Sequence (5) ZS v v v b b v b (4) v v v

(1) Permet une extension (2ème source) sans problèmes.(2) - si un neutre est disponible sur chaque source, le type RS peut être utilisé - si un PE est disponible sur chaque source, le type SGR peut être utilisé - dans tous les cas on peut utiliser un type SGR sur le PE général (mais avec perte de sélectivité entre les sources).(3) Permet une standardisation de la protection.(4) "tri" possible mais schéma plus compliqué et circulation de courant de neutre

dans le PE.(5) Utilisé que pour les faibles valeurs de courant (200 A).

Légende :obligatoire ou fortement conseillépossible

b interdit ou fortement déconseillé.

5.3.2. Avantages et inconvénients selon le type de GFPDes différentes analyses, il ressort un comparatif des différents type de GFP.

Avantages InconvénientsResidual Sensingavec disjoncteur tétra(CT sur Neutre intégré)

CT de chaque phase et du neutre incorporé dans le disjoncteur (produit standard)

Garantie constructeurMontage chez le tableautier (essais en usine possibles)Sécurité due au propre courantPeut être installé sur des arrivées ou des départs

b

bbbb

Tolérance sur les mesures (uniquement basse sensibilité > 00 A)

Ne protége que l’aval de l’appareil

b

b

Avec disjoncteur tri(CT sur Neutre extérieur)

Montage chez le tableautier (essais en usine possibles)Applicable aux différents schémas : possibilité de

prendre un conducteur neutre "séparé" du disjoncteurSécurité due au propre courantPeut être installé sur des arrivées ou des départs

bb

bb

Tolérance sur les mesures (uniquement BS > 00 A)Ne pas oublier la mesure du courant de NeutreLe TC n’est pas incorporé dans le disjoncteur =

bien positionner le TC du Neutre (sens)Ne protége que l’aval de l’appareil

bbb

b

Source Ground Return Applicable aux différents schémas : possibilité de prendre un conducteur PE "séparé" du disjoncteur

Sécurité due au propre courantPeut être ajouté après la mise en serviceProtège l’amont et l’aval de l’appareil

b

bbb

Le TC n’est pas incorporé dans le disjoncteurAccès au transformateur indispensable (pas d’essai en usine

possible)Ne peut pas être installé sur des départs divisionnaires

bb

b

Zero Sequence (5) ZS Possibilité de détecter de faibles valeurs de courant (< 50 A)

Utilise un relayage autonome

b

b

Nécessité d’une source auxiliaireDifficulté d’installation sur des conducteurs de

section importanteProblème de saturation des tores (solutions limitées à 300 A)

bb

b

bv

37

Installation et mise en œuvre des solutions GFP

La protection de terre avec Masterpact NT/NW de 630 à 6300 A 38

La protection de terre avec Compact NS630b/1600 et NS1600b/3200 42

Câblage de la ZSI et alimentation externe pour Masterpact NT/NW et Compact NS1600b/3200 44

La protection de terre avec Compact NSX100 à 630A 46

La protection de terre avec les relais RH et les tores de types A, OA et E 47

Mise en œuvre dans l’installation 48

Etude de la sélectivité entre GFP 50

Etude de la sélectivité ZSI 53

38


Caractéristiques techniques et réglages

Déclencheurs Micrologic 6.0 A/P/H

DB

254

60

DB

254

6

Micrologic 6.0 A. Micrologic 6.0 P/H.

Micrologic 6.0 A/P/HRéglage par commutateur

DB

254

62

1 Seuil de déclenchement sur défaut terre.2 Temporisation sur défaut terre et I2t on/off.

Micrologic 6.0 P/HRéglage par clavier

DB

73

05

3 Touche de sélection du menu de paramétrage (dont Ig et tg).4 Touches de navigation et de validation dans le menu.

Les unités de contrôle Micrologic 6.0 A/P/H possède en standard la protection terre.Un bornier ZSI permet le câblage de plusieurs unités de contrôle pour une sélectivité totale en protection terre sans temporisation au déclenchement.

Tableau de référenceMicrologic 6.0 A 33073Micrologic 6.0 P 47059Micrologic 6.0 H 47062

La protection de terre avec Masterpact NT/NW de 630 à 6300 A

39


Fonctions Micrologic 6.0 A/P/HProtection "défaut terre" type "résidual" ou type "Source Ground Return"

Réglage du seuil A B C D E F G H Jpar commutateur In y 400 A Ig = In x … 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 précision : ±0 % 400 A < In < 200 A Ig = In x ... 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

In u 200 A Ig = … 500 640 720 800 880 960 040 20 200Temporisation (ms)

Cran de réglage Avec I2t ON 0 0, 0,2 0,3 0,4Avec I2t OFF 0, 0,2 0,3 0,4

Temps maxi de surintensité sans décl. (ms) 20 80 40 230 350Temps maxi de coupure (ms) 80 40 230 350 500

Signalisation du type de défaut dont terre par DEL en face av.

Contact de signalisation dont terre sur type de défaut sélectionné sortie par contact sec

Sélectivité logique par contact opto-électronique sur défaut terre

Alimentation avec module d’alimentation externe (1)

(1) Ce module n’est pas nécessaire pour l’alimentation de la protection mais uniquement pour celle de la signalisation.

Nota : avec les micrologic 6.0 P et H, chaque dépassement de seuil peut être associé au choix à un déclenchement (protection) ou à une signalisation réalisée par un contact programmable M2C ou M6C optionnel (alarme) ou aux deux (alarme et protection) le câblage de la ZSI, identique pour les Masterpact NT/NW, Compact NS630b/1600 et Compact NS1600b/3200 est détaillé page 44 le module d’alimentation externe AD et le module batterie BAT, identiques pour les Masterpact NT/NW, Compact NS630b/1600 et Compact NS1600b/3200, sont détaillés page 44.

TC extérieur pour la protection de type résiduelleIl s’utilise avec les disjoncteurs 3P et s’installe sur le conducteur neutre pour effectuer une protection de terre de type résiduelle.

DB

72

97

Précautions de câblage :câble blindé avec deux paires torsadéesblindage raccordé d’un seul coté sur GNDlongueur maxi : 5 msection du câble : 0,4 à ,5 mm2.câble préconnisé : Belden 9552 ou équivalent.

Le calibre du TC extérieur doit être compatible avec le calibre nominal du disjoncteur :NT06 à NT6 : TC 400/600NW08 à NW20 : TC 400/2000NW25 à NW40 : TC 000/4000NW40b à NW63 : TC 2000/6300.

Le raccordement du signal Vn est nécessaire uniquement pour la mesure de puissance (Micrologic P/H).

En cas d’utilisation du TC 2000/6300 :les signaux SG1 et SG2 sont câblés en série les signaux X1 et X2 sont câblés en parralèle.

bbbbb

40


Pour les Masterpact NT et NW08/40

DB

254

5

Pour les Masterpact NW40b/63

DB

254

5

Alimentation par le haut, H2 est raccordé côté source et H est raccordé côté récepteur.Alimentation par le bas, H2 est raccordé côté récepteur et H est raccordé côté source.

Tableau de référence calibres (A) NT NW400/2000 33576 34035000/4000 340352000/6300 48182

Quel que soit le type d’alimentation de Masterpact par le haut ou par le bas, le câblage de puissance et le raccordement fils fins du TC extérieur restent obligatoirement identiques à ceux des TC des phases.

DB

254

53

DB

254

54

4


TC extérieur pour la protection de type source ground returnIl s’installe autour de la liaison du point neutre du transformateur à la terre et se connecte à l’unité de contrôle Micrologic 6.0 par l’intermédiaire d’un boitier "MDGF summer" pour réaliser la protection terre de type SGR.

DB

73

Précautions de câblage :câble non blindé avec une paire torsadéeblindage raccordé d’un seul coté sur GNDlongueur maxi : 50 msection du câble : 0,4 à ,5 mm2

câble préconnisé : Belden 9409 ou équivalentles bornes 5 et 6 sont exclusives :la borne 5 pour les disjoncteurs NW08 à 40la borne 6 pour les disjoncteurs NW40b à 63.

DB

254

55

Tableau de référenceTransformateur de courant SGR 33579MDGF module 48891

bbbbbbvv

H1 est raccordé côté source et H2 est raccordé coté récepteur.

42


La protection de terre avec Compact NS630b/1600 et NS1600b/3200

Caractéristiques techniques et réglagesDéclencheurs Micrologic 6.0 A/P/H

DB

254

60

Micrologic 6.0 A.

Réglage par commutateur

DB

254

62

1 Seuil de déclenchement sur défaut terre.2 Temporisation sur défaut terre et I2t on/off.

Tableau de référenceMicrologic 6.0 A 33071

Fonctions Micrologic 6.0 A/P/HProtection "défaut terre" type "résidual" ou type "Source Ground Return"

Réglage du seuil A B C D E F G H Jpar commutateur In y 400 A Ig = In x … 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 précision : ±0 % 400 A < In < 200 A Ig = In x ... 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

In u 200 A Ig = … 500 640 720 800 880 960 040 20 200Temporisation (ms)

Cran de réglage Avec I2t ON 0 0, 0,2 0,3 0,4Avec I2t OFF 0, 0,2 0,3 0,4

Temps maxi de surintensité sans décl. (ms) 20 80 40 230 350Temps maxi de coupure (ms) 80 40 230 350 500

Signalisation du type de défaut dont terre par DEL en face av.

Contact de signalisation dont terre sur type de défaut sélectionné sortie par contact sec

Sélectivité logique par contact opto-électronique sur défaut terreSur défaut CR et terre

Alimentation avec module d’alimentation externe (1)

(1) Ce module n’est pas nécessaire pour l’alimentation de la protection mais uniquement pour celle de la signalisation.

43


Nota : avec les micrologic 6.0 P et H, chaque dépassement de seuil peut être associé au choix à un déclenchement (protection) ou à une signalisation réalisée par un contact programmable M2C ou M6C optionnel (alarme) ou aux deux (alarme et protection) le câblage de la ZSI, identique pour les Masterpact NT/NW, Compact NS630b/1600 et Compact NS1600b/3200 est détaillé page 44 le module d’alimentation externe AD et le module batterie BAT, identiques pour les Masterpact NT/NW, Compact NS630b/1600 et Compact NS1600b/3200, sont détaillés page 44.

TC extérieur pour la protection de type résiduelleIl s’utilise avec les disjoncteurs 3P et s’installe sur le conducteur neutre pour effectuer une protection de terre de type résiduelle.

DB

72

97

Précautions de câblage :câble blindé avec deux paires torsadéesblindage raccordé d’un seul coté sur GNDlongueur maxi : 5 msection du câble : 0,4 à ,5 mm2

câble préconnisé : Belden 9552 ou équivalenten cas d’alimentation par le bas, le câblage fils fins et puissance est identiquele calibre du TC extérieur doit être compatible avec le calibre nominal du

disjoncteur :NS630b à NS600 : TC 400/600NS600b à NS2000 : TC 400/2000NS2500 à NS3200 : TC 000/4000.

DB

73

2

Quel que soit le type d’alimentation de Masterpact par le haut ou par le bas, le câble de puissance et le raccordement fils fins du TC extérieur reste obligatoirement identique à celui des TC des phases.

bbbbbbb

vvv

Alimentation par le haut, H2 est raccordé côté source et H est raccordé côté récepteur.Alimentation par le bas, H2 est raccordé côté récepteur et H est raccordé côté source.

Tableau de référence calibres (A) NS400/2000 33576000/3200 33576

44


TC extérieur pour la protection de type source ground returnIl s’installe autour de la liaison du point neutre du transformateur à la terre et se connecte à l’unité de contrôle Micrologic 6.0 par l’intermédiaire d’un boitier "MDGF summer" pour réaliser la protection terre de type SGR.

DB

73

Précautions de câblage :câble non blindé avec une paire torsadéeblindage raccordé d’un seul coté sur GNDlongueur maxi : 50 msection du câble : 0,4 à ,5 mm2

câble préconnisé : Belden 9409 ou équivalent.

DB

73

3

Tableau de référenceTransformateur de courant SGR 33579

bbbbb

H1 est raccordé côté source et H2 est raccordé coté récepteur.

Câblage de la ZSI et alimentation externe pour Masterpact NT/NW et Compact NS1600b/3200

Sélectivité logiqueUn fil pilote relie plusieurs disjoncteurs équipés d’unités de contrôle Micrologic A/P/H, comme illustré par le schéma ci-après.L’unité de contrôle détectant un défaut émet un signal vers l’amont et vérifie la présence du signal en provenance d’un disjoncteur aval. Dans le cas d’un signal aval, le disjoncteur restera fermé le temps total de sa temporisation. Dans le cas contraire, il déclenchera immédiatement quel que soit le cran de temporisation.

Défaut : seul le disjoncteur A détecte le défaut. Ne recevant aucun signal de l’aval, il déclenche instantanément malgré sa temporisation pré-réglée sur le cran 0,3.

b

45


Défaut 2 : les disjoncteurs A et B détectent le défaut . Le disjoncteur A recevant un signal du disjoncteur B respecte sa temporisation pré-réglée sur le cran 0,3. Le disjoncteur B ne recevant aucun signal de l’aval déclenche instantanément malgré sa temporisation réglée à 0,2.

Nota : la plus longue distance autorisée entre deux appareils est de 3000 m. Le nombre total d’appareils est au maximum de 100.

DB

254

56

Module d’alimentation externeIl permet :

l’affichage si le disjoncteur est ouvert ou non alimentéd’alimenter l’unité de contrôle et les contacts programmable M2C M6C

(consommation 00 mA)avec Micrologic A, d’afficher les courants inférieurs à 20 % de Inavec Micrologic P/H, de conserver l’affichage des courants de défaut après

déclenchement et d’horodater les événements (alarmes et déclenchements).

Tensions disponibles : 0/30, 200/240, 380/45 V AC (+0 % -5 %), consommation 0 VA24/30, 48/60, 00/25 V DC (+20 % -20 %), consommation 0 W.

Tension de sortie : 24 V DC, puissance délivrée : 5 W/5 VA.

Taux d’ondulation < 5 %.Isolation classe 2.Un module BAT batterie, monté en série avec le module AD permet d’assurer la

continuité de l’alimentation en cas de perte de l’alimentation du module AD.

Précautions de câblage :la longueur du câble entre le module AD et l’unité de contrôle ne doit pas excéder

0 m.

b

bb

bb

b

b

bbb

b

025

73_R

DB

254

59

025

73_R

DB

254

59

46


Tableau de référence module d’alimentation externe24/30 V DC 5444048/60 V DC 5444125 V DC 544420 V AC 54443220 V AC 54444380 V AC 54445

Tableau de référence module BATModule BAT 24 V DC 54446

La protection de terre avec Compact NSX100 à 630A

Caractéristiques et réglages

Déclencheur MicrologicLes déclencheurs Micrologic 6.2 et 6.3 sont équipés en option de la protection terre. Celle-ci peut être complétée par l’option "Sélectivité Logique" ZSI.

DB

73

7D

B

738

Seuil de déclenchement sur défaut terre.Temporisation sur défaut terre par réglage clavier/afficheur.

Caractéristiques de la protection de terre pour Compact NSX

Fonctions pour Compact NSX100/630A Micrologic 6.3Protection "défaut terre" (T)

Type Courant résiduelSeuil de déclenchement

Ig Réglable (9 crans) - Off à x InPrécision ±5 %

Temps de déclenchement tgTemps maxi de surintensité Réglable (5 crans + fonction "I2t = cte")Sans déclenchement (ms) 20 80 40 230 350Temps total de coupure (ms) y 80 y 40 y 200 y 320 y 500

47


La protection de terre avec les relais RH et les tores de types A, OA et E

Caractéristiques et réglagesLa protection réalisée est du type Zero Sequence ou Source Ground Return. Le relais RH agit sur la bobine MX ou MN du disjoncteur de la protection.

RH328APFonctions Relais RH328AP

0443

22 Sensibilité I∆nNombre de seuils 32 : de 30 mA à 250 A, réglage avec 2 sélecteurs

Temporisation (ms) 0, 50, 90 , 40, 250, 350, 500, s.Préalarme

Sensibilité Réglée automatiquement à In∆/2Temporisation 200 ms

Test de l’appareilLocal Electronique + voyant + contactPermanent Liaison tore-relais

Réarmement Local et à distance par coupure de l’alimentation auxiliaireSignalisation locale

Défaut d’isolement et coupure liaison au tore par voyant Par voyant à accrochagePré-alarme Par voyant sans accrochage

Contact de sortieContact de défaut Nombre standard

Type de contact : inverseurs Par voyant à accrochageContact de défaut Nombre à sécurité positive

Type de contact : inverseurs Sans accrochage

ToresTores Type A ∅ (mm) Type OA ∅ (mm) Type E ∅ (mm)

0425

98 Dimensions TA 30 POA 46 TE30 30 (tous seuils)PA 50 GOA 0 PE50 50 (tous seuils)IA 80 IE80 80 (seuil ³ 300 mA)MA 20 ME20 20 (seuil ³ 300 mA)SA 200 SE200 200 (seuil ³ 300 mA)GA 300

Câblage de la protection de terre par VigirexLa protection de terre par Vigirex et Tore associé commande la bobine de déclenchement de l’organe de coupure : disjoncteur ou interrupteur commandé.

DB

254

63

Schéma de câblage d’un Vigirex.

48


Mise en œuvre dans l’installation

DB

254

57

Schéma de câblage d’un Vigirex.

49


Tableau de synthèse des fonctionnalités GFP des gammes Schneider Electric

Option GFP standard

Type de GFP domaine d’intensité

Caractéristiques Masterpact NT 630 à 1600 A NW 800 à 6300

Compact NS 1600b à 3200 A


Compact NSX 400 à 630 A


Residual sensing Disjoncteurs 4P4D + Micrologic 6.0 A/P/H Micrologic 6.0 A Micrologic 6.0 A Micrologic 6.3 Micrologic 6.2 Limite d’intensité(* limite infsuivant calibre)

200 A (max.*)± 0 %

De 0,2 In à In De 0,4 In à In

Temporisation Inst à 0,4 s (I2t On ou Off) Inst. à 0,4 s Inst. à 0,4 sTCE Sans objet Sans objetDisjoncteurs3P3D, 4P3D +

Micrologic 6.0 A/P/H Micrologic 6.0 A Micrologic 6.0 A Micrologic 6.3 Micrologic 6.2

Limite d’intensité(* limite infsuivant calibre)

200 A (max.*)±0 %

Temporisation Inst à 0,4 s (I2t On ou Off)TCE(1) Oui(2)

Source GroundReturn

Disjoncteurs 4P4D,3P3D, 4P3D +

Micrologic 6.0 A/P/H Micrologic 6.0 A Micrologic 6.0 A Non NonUniquement par relais extérieurs Vigirex

Limite d’intensité(* limite infsuivant calibre)

200 A±0 %

Temporisation Inst à 0,4 s (I2t On ou Off)TCW(3) + MDGF Oui

Zero Sequence Disjoncteurs 4P4D,3P3D, 4P3D +

Micrologic 6.0 A/P/H Micrologic 6.0 A Micrologic 6.0 A Uniquement 4P4D+ Vigi intégré ourelais extérieur Vigirex

Limite d’intensité 0,5 à 30 A+0-20 %

300 mA à 30 A 30 mA à 3 A

Temporisation 600 à 800 ms Inst. à 0,3 s Inst. à 0,3 sCadre sommateur Externe Interne Interne

Option relais externe Vigirex







Source GroundReturn ouZero Sequence

Disjoncteurs 3P3D, 4P3D, 4P4D + relais Vigirex + Tore extérieu

Limite d’intensité 30 mA à 250 A 30 mA à 250 A 30 mA à 250 A 30 mA à 250 A 30 mA à 250 A

Temporisation Inst à s Inst à s Inst à s Inst à s Vigi Inst à s

Tores 30 à 300 mm Oui Oui Oui Oui Oui

Option zsi







ZSI Disjoncteurs 3P3D, 4P3D, 4P4D

Par fil pilote Oui Oui Oui Oui Non

Non réalisable ou sans objet.

(1) Si conducteur neutre distribué.(2) TCE de même calibre que ceux installés dans le disjoncteur. A positionner et à raccorder avec précision.(3) TCW se connecte au Micrologic 6.0A/P/H/ par l’intermédiaire d’un boîtier MDGF summer.

50


Etude de la sélectivité entre GFPLe schéma de la page représente une installation électrique BT industrielle ou tertiaire. Les régles de coordination sont à mettre en œuvre pour assurer la sécurité et la continuité de service de l’exploitation Disjoncteurs d’arrivée et , et couplage b

Les disjoncteurs d’arrivée sont tétrapolaires :c’est obligatoire (1) car les 2 sources sont connectées à la terre (multisources /

multiples mises à la terre). La coupure tétrapolaire élimine la circulation des courants naturels au travers du conducteur PE. Ce qui garantit facilement une protection de terre exempte de dysfonctionnement

l’appareil de couplage b peut être tripolaire ou tétrapolaire (1).

(1) Si le schéma ne comportait qu’une seule mise à la terre (par exemple au niveau du couplage) les disjoncteurs d’arrivée et le couplage seraient obligatoirement tripolaires.

Sélectivité des protection de terre En fonctionnement Normal N :

les règles de sélectivité entre les disjoncteurs d’arrivées et de départ doivent être respectées pour chacune des sources (S ou S2),

En fonctionnement Remplacement R ou R2 :celles-ci doivent être appliquées à l’ensemble des départs alimentés (S et S2)le couplage peut être équipé d’une fonction protection de terre pour améliorer la

sélectivité (cas d’un défaut sur le jeu de barre). Cette protection devra être sélective vers l’amont comme vers l’aval. Ceci est facilement mis en œuvre si la fonction ZSI est activée

Interrupteur ou disjoncteur de couplage : lorsque la fonction protection de terre est installée sur le couplage, celui-ci peut être réalisé par un disjoncteur identique aux protections des sources : cela permet d’avoir immédiatement sur le site une pièce de rechange disponible en cas d’anomalie d’un des disjoncteurs d’arrivée.

Sélectivité chronométrique des Protections de Terre

Exemples de mise en œuvreExemple 1 :les règles de sélectivité chronométriques appliquées aux Masterpact MW32 et NT2 entraînent les réglages décrits dans la figure ci-après. Le réglage indiqué permet une sélectivité totale entre les 2 disjoncteurs.

Nota : la temporisation peut-être importante à ce niveau de l’installation car les jeux de barres sont dimensionnés pour une sélectivité chronométrique.

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Une optimisation de la sélectivité est réalisable par la mise en œuvre de la fonction "I²t on". En reprennant l’exemple , en cas de défaut terre, la sélectivté entre le NT2 et le fusible gI 00 A b devient totale.

Nota : la protection de terre est analogue à une protection court-circuit phase / neutre.

bv

v

b

bvv

b

5


DB

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Exemples de mise en œuvreExemple 2 :les règles de sélectivité appliquées aux Masterpact NW32 et Compact NS800 entraînent les réglages décrits dans la figure ci-après. Le réglage indiqué permet une sélectivité totale entre les 2 disjoncteurs.

Nota : la sélectivité chronométrique vers l’amont ne pose pas de problème. En revanche vers l’aval, celle-ci n’est possible qu’avec des protections court-circuit de calibre y 40 A. L’utilisation de la fonction "I²t on" permet d’améliorer cette limite pour les fusibles gI placés en aval (voir exemple 1 bis).

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Exemple 1 ter : sélectivité optimiséeEn reprenant l’exemple , lors d’un défaut en aval du disjoncteur les protections de terre , et sont en série. L’installation d’un Vigicompact NSX160 permet d’assurer la sélectivité totale des protections terre en standard quel que soit le réglage Ir du Vigicompact NSX160.Nota : bien que les seuils soient trés différents (Ih = 400 A pour NSX400, Ih = 30 A pour NSX160), il est nécessaire de respecter les règles de temporisation entre les protections (cran 0,2 pour NSX400, cran 0,1 pour NSX160).

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03

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Utilisation particulière de la protection de terre

Protection des alternateursLe principe.

Le Vigirex RH328 AP est installé en protection alternateur. Le principe de cette protection :

déclenchement en cas de défaut terre en amont (zone protégée)non déclenchement en cas de défaut terre en aval (zone non protégée).Les contraintes.

Les fonctionalités de la protection sont :être trés rapide pour éviter la détérioration de l’alternateur (et doit commander

l’arret la mise hors service du GE)être très rapide pour préserver la continuité de sevice (et doit commander

l’appareil de couplage du GE). Cette fonctionalité est importante en cas de générateur en paralèlle

avoir un seuil de déclenchement moyen : en général de 30 A à 250 A. En revanche la sélectivité avec les protections terre de l’installation est "naturellement" assurée (pas d’incidence sur la "zone non protégée").

Le réglage de la protection.Du fait des contraintes évoquées, le réglage peut être :

seuil I∆n : de 30 A à 250 Atemporisation : instantané.

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03D

B2

5403

b

vvb

v

v

v

b

vv

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Etude de la sélectivité ZSI

PrincipeCe type de sélectivité est réalisable avec des disjoncteurs équipés de déclencheurs électroniques conçus à cette fin (Compact, Masterpact) : seules les fonctions protection court retard (CR) ou protection terre (GFP) des appareils pilotés sont gérées par la sélectivité logique. En particulier, la fonction protection instantané - fonction de protection intrinsèque - n’est pas concernée.

Réglages des disjoncteurs pilotésTemporisation : les règles d’étagement des temporisations de la sélectivité

chronométrique sont à appliquer.Seuils : il n’y a pas de règle de seuil à appliquer mais il est nécessaire de

respecter l’étagement naturel des calibres des protections (IcrD u IcrD2 u IcrD3). Nota : cette technique permet d’obtenir une sélectivité même avec des disjoncteurs de calibre proches.

PrincipeL’activation de la fonction sélectivité logique se fait par la transmission d’informations sur le fil pilote :

entrée ZSI :niveau bas (absence de défaut en aval) :

la fonction de protection est en veille avec une temporisation réduite (y 0, s),niveau haut (présence de défaut en aval) : la fonction de protection concernée

passe à l’état de temporisation réglée sur l’appareil,sortie ZSI :niveau bas : le disjoncteur ne détecte pas de défaut, n’envoie pas d’ordre, niveau haut : le disjoncteur détecte un défaut, envoie un ordre.

Fonctionnement

Chronogramme

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L’analyse est faite à partir du schéma de la page 48 en considérant les 2 Masterpact et b.

b

b

bv

v

bvv

DB

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02D

B2

5402

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Réglages des Masterpact

Temporisation Seuil cran .4 < 200 A

b cran .2 < 200 A (1)

(1) En respectant les règles énoncées ci-dessus.

Le Masterpact aval b a aussi l’entrée ZSI shuntée (entrée ZSI à ""), par a aussi l’entrée ZSI shuntée (entrée ZSI à ""), par conséquent il conserve la temporisation réglée en local (cran .2) afin d’assurer la sélectivité chronométrique vers les disjoncteurs situés en aval.

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FonctionnementLe fil pilote relie en cascade les Masterpact. Le chronogramme ci-joint montre la mise en œuvre de la sélectivité ZSI entre les 2 disjoncteurs.

Cas 1Lorsqu’un défaut apparaît en A, les 2 disjoncteurs le détectent. Le Masterpact envoie un ordre (sortie ZSI passe à niveau haut) sur l’entrée ZSI du Masterpact . La temporisation du Masterpact passe à sa temporisation naturelle cran .4.Le Masterpact déclenche après sa temporisation (cran .2) et élimine le défaut.

Cas 2Le défaut se situe en B. Le Masterpact ne reçoit aucune information ZSI (entrée à niveau bas). Il détecte le défaut et l’élimine après sa minitemporisation ZSI 0, s.Les contraintes sur le J de B sont nettement moindre qu’avec la mise en œuvre d’une sélectivité chronomètrique classique.

Cas 3En cas d’anomalie sur le disjoncteur , la protection est assurée par le Masterpact amont :

en 0, s si le disjoncteur aval n’a pas détecté le défautà la temporisation naturelle du Masterpact amont (0,4 s pour notre exemple) s’il y

a anomalie du disjoncteur aval (cas le plus défavorable).

Schéma multisource avec fonction ZSI

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03

b

b

b

vv


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Précautions d’instalation fil piloteLongueur : 3000 m.Type de conducteur : torsadé.Nombre d’appareils : 00 appareils amont + 00 appareils aval.

Analyse du fonctionnementLes Masterpact sont connectés selon leur position dans l’installation :

Masterpact et : cran .4,Masterpact a : cran .3,Masterpact et : cran .2.

Les Masterpact et ont leurs entrées ZSI shuntées (entrée ZSI au niveau haut).

Fonctionnement Normal N.Un défaut d’isolement apparaît en aval du Masterpact en A.

le Masterpact :détecte le défaut,envoie une information vers l’amont aux Masterpact , et a,ne reçoit pas d’ informationsles Masterpact et a reçoivent l’information mais ne détectent pas le défaut ;

ils ne sont pas concernésle Masterpact reçoit l’information et détecte le défaut ; il passe en position

d’attente avec une temporisation au cran .4le Masterpact élimine le défaut aprés la temporisation cran .2 et le système

revient à son état normal.

Fonctionnement Remplacement R2. Le Masterpact est ouvert, les Masterpact et a sont fermés ; un défaut d’isolement apparaît en aval du Masterpact en A:

le Masterpact :détecte le défaut,envoie une information vers l’amont aux Masterpact , et a,ne reçoit pas d’informationsle Masterpact reçoit l’information mais est hors service ; il n’est pas concernéles Masterpact et a reçoivent l’information et "voient" le défaut ; ils passent

en position d’attente avec une temporisation au cran .4 pour et au cran .3 pour a

le Masterpact élimine le défaut après la temporisation 0, et le système revient à son état normal.

bbb

bbb

b

v---v

v

v

b

v---vv

v

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Notes

Schneider Electric Industries SAS35, rue Joseph MonierCS 30323F- 92506 Rueil Malmaison Cedex

RCS Nanterre 954 503 439Capital social 896 313 776 €www.schneider-electric.com

© 2

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Création, réalisation : Schneider ElectricPhotos : Schneider ElectricImpression :

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Guide expert basse tension n° 2origin-faq.pro-face.com/resources/sites/PROFACE/content... · 2013. 7. 3. · un DDR de moyenne ou basse sensibilité. Le DDR provoque la mise hors