les schémas des dans le monde et évolutions

n° 173les schémas desliaisons à la terredans le monde etévolutions

CT 173 édition juillet 1995

Roland Calvas

Ingénieur ENSERG 1964 (EcoleNationale Supérieure d'Electroniqueet Radioélectricité de Grenoble) etdiplômé de l'Institut d'Administrationdes Entreprises, il est entré chezMerlin Gerin en 1966.Lors de son parcours professionnel,il a été responsable commercial,puis responsable marketing del'activité protection des personnes.Il est aujourd'hui en charge de lacommunication technique du groupeSchneider.

Bernard Lacroix

Ingénieur ESPCI 74 (EcoleSupérieure de Physique et ChimieIndustrielle de Paris), il a travaillé5 ans chez Jeumont Schneider oùil a participé, entre autre, audéveloppement du variateur devitesse à hacheur du TGV.Entré chez Merlin Gerin en 1981, il aété successivement technico-commercial dans l'activité onduleur,puis responsable commercial del'activité protection des personnes.Depuis 1991, il est en charge de laprescription dans le domaine de ladistribution BT de Puissance.

Cahier Technique Merlin Gerin n° 173 / p.2

lexique

CEM Compatibilité Electro MagnétiqueCPI Contrôleur Permanent d’IsolementCR protection Court Retard, (protection contre les surintensités de court-circuit par disjoncteur avec

déclencheur rapide)DDR Dispositif Différentiel RésiduelDLD Détecteur Localisation de DéfautDPCC Dispositif de Protection contre les Courts-Circuits (disjoncteurs ou fusibles)Electrisation application d'une tension entre deux parties du corpsElectrocution électrisation qui provoque la mortGTB Gestion Technique des BâtimentsGTE Gestion Technique de la distribution d’Energie électriqueGTP Gestion Technique du process (automatisation des...)IDDDDDn seuil de fonctionnement d’un DDRUL tension limite conventionnelle (tension de contact maximale admissible) dite de sécuritéMT/HTA Moyenne Tension : 1 à 35 kV selon le CENELEC (circulaire du 27.07.92)

Haute Tension de classe A : 1 à 50 kV selon le décret français du 14.11.88


les schémas des liaisons à la terredans le monde et évolutions

sommaire

1. Rappel sur les SLT normalisés Historique p. 4Emergences des régimes p. 4du neutreLes SLT de la CEI 364 p. 7

2. Schéma de liaison à la terre Généralités p. 9Influence du SLT MT p. 9SLT en BT p. 10Les SLT des réseaux BT p. 11privés dans quelques pays

3. Evolution et choix des SLT Evolution des installations p. 15électriquesSLT et perturbations p. 15des systèmes électroniquesEvolution des SLT p. 17Choix du SLT p. 19

4. Conclusion p. 21Annexe 1 p. 22Annexe 2 : bibliographie p. 24

Après un rappel historique sur lanaissance des Schémas des Liaisonsà la Terre - SLT -, le lecteur trouveradans ce Cahier Technique desinformations sur les pratiques dequelques pays au niveau de lamoyenne tension, des postes HT/BT,mais surtout en distribution BTpublique, industrielle et tertiaire.Les installations électriques évoluent,l'électronique est partout ; ceci nousamène à jeter un regard nouveau surles SLT (régimes du neutre) utilisésen BT ; et pourquoi pas, à prédire uneévolution qui devrait rapprocher lesschémas TN-S et TT.Les critères de choix des SLT ontchangé... il est conseillé à ceux quiconnaissent peu les SLT normaliséspar la CEI 364 de lire d'abord le CahierTechnique n° 172.

dans le monde


L’utilisation de l’énergie électrique apratiquement débuté en 1900.

Aujourd’hui les normes d’installationélectrique sont très développées ettraitent tous les aspects importantspour la réalisation d’une installationcorrecte.

En BT, la norme de référence est laCEI 364, (cf. annexe n° 1), et enFrance la NF C 15-100.

Les normalisateurs ont porté uneattention toute particulière auxdispositions à mettre en œuvre pourassurer la protection des personnes etdes biens (partie 4 des normes sus-citées).

Cette préoccupation a conduit à lanormalisation de trois Schémas deLiaisons à la Terre - SLT - encoreappelés régimes du neutre.

Avant de rappeler ce que sont ces troisschémas, il est intéressant de faire unpetit rappel historique.

historiqueRisque électrique et protection despersonnesc au 18e siècle , l'électricité statiqueproduite par le frottement de certainscorps isolants est une distraction"scientifique" qui fait sursauter lesexpérimentateurs ... dans les salons.Quelques expériences dangereusesmontrent la nature électrique de lafoudre.Et en 1780 : par hasard, une "machineélectrostatique" fait bouger les pattesd'une grenouille. Galvani observe lacontraction des muscles par l'électricité ;c en 1880 : pour transporter l'électricitésur plusieurs kilomètres, la tensioncontinue quitte le domaine des 100 V(nécessaires au fonctionnement deslampes à arc) pour monter à 1 300 V(exposition de 82 à Munich) (cf. fig. 1),puis à 3 000 V (liaison Grenoble-Vizille)en 83.Les défauts d'isolement provoquentfuites et courts-circuits.La tension de 100 V CC peut, dit-on,être touchée sans danger.

1. rappel sur les SLT normalisés

c en 1886 : première installation dedistribution en courant alternatif auxUSA : alternateur 12 A/ 500 V CA et16 petits transformateurs fournissent le100 V alternatif aux premiers abonnés.c en 1889 : c'est la guerre ducontinu et de l'alternatif en Amérique duNord :v Edison défend le courant continu,décrit les dangers du courant alternatifpour les personnes et fait des essaissur les chiens, les chevaux,v Westinghouse est partisan del'alternatif.Edison propose un duel àWestinghouse : chacun sera soumis àdes tensions identiques de 100, 150,200 V etc. en courant continu pourEdison et en courant alternatif pourWestinghouse... ; prédiction :à 200 V CA, Westinghouse sera mort !Le duel n'eut pas lieu ... untélégraphiste monté sur un poteau

s'électrocute et brûle pendant unedemi-heure en plein centre de New York.c en 1890 : Kremler monte sur lachaise électrique et est électrocutéavec ... du courant alternatif ;Ainsi, à la fin du 19e siècle, il était clairpour la communauté technico-scientifique que le courant électriqueétait dangereux... pour l'homme, etl'alternatif plus dangereux que lecontinu.

émergence des régimes duneutreCeux-ci sont le résultat d'une longueévolution guidée par la recherche de lameilleure protection des personnes.De 1880 à 1920, le transportet la distribution de l'électricitése font en "neutre isolé", les lignessont nues, mises hors de portée,supportées par des isolateurs ;

fig. 1 : installation de M. Desprez dans le palais de l'exposition de Munich.

photo


aucun point du réseau n'est misvolontairement à la terre.Dans les habitations, la tension estde 100/110 V CA.c en 1882, une recommandation de laSociété Britannique des IngénieursTélégraphistes et Electriciens, indiqueque, dans les habitations, si la tensionest > 60 V CA il faut disposerappareillage et conducteurs de tellefaçon qu'il n'y ait pas de risqued'électrisation.Pendant toute cette période, lesfusibles fondent et les personnes "sontélectrisées", (cf. fig. 2), mais, compte-tenu du niveau de la tension dedistribution, il y a peu d'électrocution.c en 1923, en France, une "norme"relative aux installations électriques"impose" la mise à la terre des masses :v carcasses de moteurs fixes etmobiles, susceptibles d'être touchéesd'un endroit non isolé, dans lesinstallations à courant alternatif detension supérieure à 150 V,v appareils électrodomestiques fixes etportatifs d'une puissance supérieureà 4 kW,v enveloppes de chauffe-bainsélectriques installés dans les salles debains,v pièces métalliques situées dans leslocaux imprégnés de liquidesconducteurs et qui, par suite de défautd'isolement, pourraient se trouver soustension.

La norme ne donne aucune indicationsur les conditions de mise à la terre,sur la valeur de la résistance dela prise de terre et ne prévoit aucundispositif de protection. Elle comportebien quelques règles concernantles coupe-circuit mais il s'agitseulement de conditions d'installation.Pour éviter la fusion des fusibles surdouble défaut d’isolement, il est viteapparu souhaitable d'être averti de laprésence du premier défaut.C'est pourquoi le premier contrôleurd'isolement à sécurité positive futinstallé dans les installationsindustrielles, (cf. fig. 3). Si une lampes'éteint, c'est qu'il y a un défaut entre laphase correspondante et la terre.Ainsi est né le premier schéma desliaisons à la terre : le neutre isolé.Le contrôleur permanent d'isolement(CPI), à trois lampes (en triphasé), estutilisé jusqu'en 1955.

En 1951, les premiers CPI "à tubes",à injection de courant continu, sontinstallés dans les mines :l'isolement des phases et duneutre est contrôlé.

En 1962, sont fabriqués lespremiers CPI à transistors(Vigilhom TA) et en 1972 lespremiers CPI à injection de courantalternatif basse fréquence.

En 1927 un arrêté impose, enFrance, la mise à la terre du neutredu transformateur en distributionpublique (tension 150 V CA).

fig. 2 : à l’origine : l’émergence du neutre isolé.

a

1er défautrien ne se passe

a

défaut doublele fusible fondsi défauts francs

a

mise à la terre desmasses des récepteurs(1923) pour éviterl'électrisation par"contact indirect"

une lampe qui s'éteintprévient d'un défaut d'isolementsur la phase correspondante

fig. 3 : contrôleur d'isolement à lampe dansl'industrie.


A cette époque, la productiond'électricité en France est d'environ350 kWh/habitant/an, (elle était de 7 en1900) ; le dixième de cette productionest distribuée en BT.Les sociétés d'électricité alimententplusieurs abonnés par transformateur.Or, en neutre isolé, deux défauts à laterre chez deux abonnés différents neprovoquent pas toujours la fusion desfusibles et le risque “incendie” estcertain, (le risque “contact indirect”existe, mais il est ignoré) ;Ainsi, l'application du décret de 1923permet de mettre hors tension, plussûrement, l'abonné en défaut et ainside garder un réseau sain.En 1935, le décret sur la protection destravailleurs et la norme C 310, (reprisepar la norme C 11 de 1946)commencent à parler du risque inhérentau défaut d'isolement. C'est à cemoment que l'association "mise à laterre des récepteurs et dispositifs decoupure automatique" apparaît. Cesderniers peuvent être des fusibles, des"différentiels" ou des relais voltmétriquesde tension masse/terre (cf. fig. 4).A noter que les dispositifs de protectionde seuil inférieur à 30 A sont sensésassurer la sécurité !Les premiers disjoncteurs debranchement différentiels sont fabriquésen 1954. Outre la protection despersonnes et le découplage desabonnés, ils ont permis de lutter contreles branchements sauvages (vol decourant entre phase et terre au momentdu passage du 127 V monophasé au220 V biphasé (un seul enroulement demesure du courant dans le compteur).Ainsi est né, en France, le neutreà la terre, mais il faut attendre le décretdu 14.11.62 sur la protection destravailleurs et la norme C 15-100 bleuedu 28.11.62 pour que soit définie avecprécision l'impédance de la boucle dedéfaut, donc les prises de terre, enfonction du calibre des fusibles ou duseuil des DDR alors fixé par la normeC 62-410 à : 450 ± 200 mALa norme C 15-100 de 1962 officialiseainsi le neutre isolé et le neutre à laterre (mesure B1) ainsi que la mise auneutre (mesure B3).

Elle distingue bien les contacts directset indirects. Elle liste les mesures deprotection primaires (A) et les moyensde protection par dispositifs de coupureautomatique (B), sans toutefois donnerd'indication de temps defonctionnement.

Parallèlement à la norme, le décret du14.11.62 légalise le neutre isolé et leneutre à la terre.En 1973, un arrêté du Ministère dutravail autorise la mise au neutre enFrance.Entre 1962 et 1973 chaque régime duneutre a ses partisans convaincus enFrance et dans les autres pays. Lamise au neutre a le mérite d'être simpledans son principe ; ce sont les DPCCqui mettent hors tension les récepteurs(ou abonnés BT) qui ont un défautd'isolement.La mise au neutre (schéma) TN estpratiquée dans certains pays endistribution publique (pas en France) :(cf. fig. 5).

Son emploi, s'agissant de protectiondes personnes contre les contactsindirects, nécessite une maîtriserigoureuse des impédances deboucle (quel que soit le point dedéfaut) pour être certain dufonctionnement du DPCC qui vadéconnecter la partie en défaut dansles temps impartis.

La définition de ces temps par lesexperts de la CEI dans les années 70,en fonction de l'impédance du corpshumain, et des effetspathophysiologiques, a autorisé sonemploi.

Il convient de noter que transformer undéfaut d'isolement en court-circuitaugmente les risques de détériorationdes matériels et les risques d'incendie.A ce propos, rappelons que laprotection est basée sur l'hypothèsede l'évolution rapide d'un défautd'isolement vers l'état de défaut francentre phase et neutre.

fig. 4 : neutre à la terre en distribution publique monophasée.

aDPCC DPCC

Ph

N

fig. 5 : neutre TN-C en distribution publique monophasée.

a

DPCCouDDR

Ph

N

DPCCouDDR


les SLT de la CEI 364Les trois SLT normalisés au niveauinternational sont aujourd’hui repris parbon nombre de normes nationales : enFrance, par la norme d’installation BTNF-C 15-100.Ces trois régimes du neutre sontétudiés en détail dans le CahierTechnique n° 172 ; avec, pour chacun,présentation des risques, et desappareillages de protection associés.Il convient toutefois de rappelersuccinctement leur principe deprotection.

Le schéma TN(cf. fig. 6)c le neutre du transformateur est mis àla terre ;c les masses des récepteursélectriques sont reliées au neutre.Le défaut d'isolement se transforme encourt-circuit et la partie en défaut estdéconnectée par la protection contreles courts-circuits (DPCC).La tension de défaut (masse/terreprofonde) dite de “contact indirect”est ≈ Uo/2 si l’impédance du circuit“aller” est égale à celle du circuit“retour”. Supérieure à la tension limiteconventionnelle (UL) qui estgénéralement de 50 V, elle nécessiteune déconnexion d’autant plus rapideque Ud est grand devant UL .

Le schéma TT(cf. fig. 7)c le neutre du transformateur est mis àla terre ;c les masses des récepteursélectriques sont aussi reliées à uneprise de terre.Le courant de défaut d'isolement estlimité par l'impédance des prises deterre et la partie en défaut déconnectéepar un Dispositif Différentiel Résiduel- DDR -.La tension de défaut est :

Uc = UoRA

RB + RA, supérieure à la

tension UL, le DDR entre en action dès

que Id u UL

RA

schéma TN-C

PEN

défaut

fig. 7 : schéma TT.

schéma TN-S

RB RA

PE

N

défaut

PE

N

défaut

fig. 6 : schémas TN-C et TN-S


Le schéma ITc le neutre du transformateurn'est pas relié à la terre. Il estthéoriquement isolé ; en fait, ilest relié à la terre par lescapacités parasites du réseauet/ou par une impédance de fortevaleur ≈ 1 500 Ω (neutre impédant).c les masses des récepteursélectriques sont reliées à la terre.Si un défaut d'isolement se produit, unfaible courant se développe du faitdes capacités parasites du réseau(cf. 1er schéma de la fig. 8).

La tension développée dans la prisede terre des masses (tout au plusquelques volts) ne présente pas dedanger.

Si un deuxième défaut survient(cf. 2e schéma de la fig. 8), alorsque le premier n'est pas éliminé,il y a court-circuit et ce sont lesDPCC qui assurent la protectionnécessaire.

Les masses des récepteursconcernés sont portées au potentieldéveloppé par le courant de défautdans leur conducteur de protection (PE).

1er défaut

RA

défaut double

PE

BA

fig. 8 : schéma IT.


2. schéma des liaisons à la terredans le monde

La même norme indique si Rp > 1 Ω,la tension Rp . IhMT doit être éliminéepar exemple :c en moins de 500 ms pour 100 V ;c en moins de 100 ms pour 500 V.

Si ce n'est pas le cas Rp et RNdoivent être distinctes, ceci quelque soit le SLT BT. Cette règle,pas toujours respectée danscertains pays, conduit souventà la séparation des deux prisesde terre (ceci pour les réseaux MTayant un fort courant de défauthomopolaire). Si toutes les prises deterre (poste-neutre-utilisations) n'enforment plus qu'une, il est observé unemontée en potentiel des masses BT quipeut être dangereuse (cf. fig. 9b).

c d’avoir une meilleure continuité deservice (disponibilité de l’électricité) enautorisant la non coupure sur défauttemporaire ;c de relier ou non les masses du posteMT/BT et celles du neutre BT pouréviter les risques aux usagers et auxmatériels BT.La CEI 364-4-442 indique que leschéma des liaisons à la terre dans unposte MT/BT doit être tel quel'installation BT ne soit pas soumise àune tension par rapport à la terre de :c Uo + 250 V : plus de 5 s ;c Uo + 1 200 V : pendant moins de 5 s,(Uo een IT). Ceci signifie que lesdivers équipements raccordés auréseau BT doivent pouvoir supportercette contrainte (cf. fig. 9a) ;

N

MT MT BT

IhMT

RP RB

HT

fig. 9a : si Rp et RB sont reliées le courant de défaut fait monter le potentiel des réseaux BTpar rapport à la terre.

IhMT

MT

RT (RPBA)

BT

généralitésDans tous les pays industrialisés, lesréseaux et récepteurs BT sont mis à laterre pour des raisons de sécurité faceau danger que représente le courantélectrique pour les personnes.Les objectifs sont toujours les mêmes :c fixer le potentiel des conducteursactifs par rapport à la terre enfonctionnement normal ;c limiter la tension entre les massesdes matériels électriques et la terre encas de défaut d’isolement ;c mettre en œuvre des dispositifs deprotection qui suppriment le risqued’électrisation, voire d’électrocution despersonnes ;c limiter les montées en potentiel duesaux défauts d’origine MT.

influence du SLT MTSi les trois premiers objectifs ci-dessussont du domaine des SLT BT, lequatrième a des répercussions nonnégligeables sur la sécurité despersonnes et des biens en BT. Ainsi,au niveau des postes MT/BT, un défautphase MT/masse, ou entre lesenroulements MT et BT, peut créer undanger pour les matériels et lesusagers du réseau BT.

En MT publique ou industrielle, saufcas particulier, le neutre n’est pasdistribué et il n’y a pas de conducteurde protection (PE) entre les postes ouentre poste et récepteur MT. Ainsi, undéfaut phase/terre se traduit par uncourant de court-circuit monophasélimité par la résistance des prises deterre et la présence éventuelled’impédances de limitation (générateurhomopolaire).

La tendance actuelle, dans les diverspays, est de limiter les courants dedéfaut homoplaires des réseaux MT ;ce qui permet :

fig. 9b : les masses des récepteurs BT sont portées au potentiel IhMT . RT.


Le tableau de la figure 10 donnequelques exemples relatifs à ladistribution publique dans le monde.Il montre que, dans beaucoup de pays,les prises de terre du poste et du neutredoivent être séparées si leur résultanten’est pas inférieure à 1 Ω.A noter que pour les réseaux MTindustriels, le SLT IT impédant est leplus souvent utilisé. Le “générateurhomopolaire” fournit un courant résistifde l’ordre de 2 fois le courant capacitifdu réseau (cf. Cahier Technique n° 62),ceci permet l'utilisation de DDR pourassurer la protection par déconnexiondu départ en défaut.

SLT en BTLes transformateurs MT/BT utiliséssont en règle générale des Dy 11(triangle/étoile) ; à signaler toutefoispour la distribution publique aux USA etau Japon, l’emploi de la distributionmonophasée à point milieu, (cf. fig. 11).La très grande majorité des paysappliquent ou s’inspirent de la normeCEI 364 qui définit les SLT TN, IT, etTT ainsi que les conditions deprotection ; ceci pour la distributionpublique et la distribution privée.

En distribution publiqueLes régimes les plus utilisés sont le TTet le TN ; quelques pays, notamment laNorvège, utilisent le régime IT.Le tableau de la figure 12 liste quelquesexemples relatifs à la distributionpublique (abonnés BT).Ce tableau montre que les pays anglo-saxons utilisent surtout le TN-C, alorsque le TT est employé dans le reste dumonde.

fig. 12 : exemples relatifs à la distribution publique dans le monde (abonnés BT) - SLT BT.fig. 11 : couplage des enroulementssecondaires du transformateur MT/BT.

pays SLT MT connexions observationsdes masses

Allemagne isolé ou compensé reliées si Rp < 2 Ω ou 5 Ω10 et 20 kV Id < 60 A Id x RT < 250 VAustralie direct à la terre séparées Rp < 10 Ω11 et 12 kV Id = quelques kA sauf si RT < 1 ΩBelgique impédance de séparées Rp < 5 Ω6,3 et 11 kV limitation d u 15 m

Id < 500 AFrance impédance de séparées20 kV limitation sauf si RT

aérien Id i 300 A < 3 Ω Rp < 30 Ωsouterrain Id i 1 000 A < 1 Ω Rp < 1 Ω

Grande Bretagne direct ou impédance séparées Rp < 25 Ω11 kV de limitation sauf si RT < 1 Ω

Id < 1 000 AItalie isolé séparées Rp < 20 Ω10-15 et 20 kV Id i 60 A

(plus en réalité)Irlande isolé en 10 kV séparées des impositions10 et 38 kV compensé en 38 kV sauf si RT < 10 Ω sur la façon

Id < 10 A de réaliser RpJapon isolé reliées6,6 kV Id < 20 A RT < 65 ΩPortugal impédance de séparées sauf Rp < 20 Ω10 à 30 kV limitation si RT < 1 Ω

aérien Id i 300 Asouterrain Id i 1 000 A

USA direct à la terre reliées les terres du poste4 à 25 kV ou par faible source, du poste

impédance MT/BT et du neutreId = quelques kA BT sont reliées

a) triphaséétoile

b) monophasé àpoint milieu

pays SLT BT observationsAllemagne TN-C et TT le TN est le plus utilisé ; RT doit être < 2 Ω230/400 V prise de terre chez l'abonné, même en TNBelgique TT Ru < 100 Ω230/400 V DDR 30 mA pour les prise de courantEspagne TT Ru < 800 Ω avec DDR 30 mA en tête d'installation230/400 VFrance TT Ru < 50 Ω, (100 Ω prochainement)230/400 V DDR 30 mA pour les prises de courantGrande Bretagne TN-C et TT les installations nouvelles sont en TN-C240/415 V (15 % des installations sont en TN-C), la prise de terre

(< 10 Ω) du neutre est fournie par le distributeurItalie TT DDR avec I∆n fonction de Ru (I∆n < 50/Ru).230/400 V Pour les abonnés sans prise de terre : DDR 30 mAJapon TT Ru < 100 Ω, forte utilisation de DDR 30 mA100/200 V pas de recherche d'équipotentialitéNorvège IT locaux en matériaux isolants et mauvaises prises de terre230/400 V expliquent ce choix logement avec DDR 30 mA en

signalisation.déclenchement du disjoncteur de branchement si 2

défautsPortugal TT Ru < 50 Ω (100 Ω à partir de 1995).USA TN-C mise du neutre à la terre chez l'abonné BT (toutes les120/240 prises de terre sont reliées jusqu'au poste source).

fig. 10 : exemples relatifs à la distribution publique - SLT MT.


Le TN-C nécessite une recherche del’équipotentialité coûteuse :c pour le distributeur :v aux USA, mise en place d’unconducteur supplémentaire tout le longde la distribution MT et BT avec mise àla terre tous les 400 m,v en Grande Bretagne, de multiplesprises de terre sont installées sur leneutre du réseau BT public, ce quidispense l’abonné d’avoir sa prise deterre,v en Allemagne, une prise de terre pourle neutre est réalisée juste en amont dubranchement de l’abonné ;c pour l’abonné :en général, connexion au conducteurde protection des structuresmétalliques du bâtiment et de toutes lescanalisations métalliques.

En distribution BT industrielle ettertiaireLes 3 SLT sont utilisés à des degrésdivers dans tous les pays :c le schéma TN-C est surtout employédans les pays anglo-saxons pour lesinstallations étudiées et réalisées avecsoin (adéquation DPCC/impédances deboucle) correspondant à desimmeubles modernes où tout ce qui estmétallique est relié au conducteur deprotection et pour lesquels les risquesd’explosion et d’incendie sont trèsfaibles, (cf. NF C 15-100).Il est aujourd’hui déconseillé dans leslocaux équipés de systèmesélectroniques communicants (réseauxinformatiques, de GTC, GTP ou GTB)du fait que les courants dans le neutre,donc dans le PE, font varier lesréférences de potentiel. Rappelons quele TNC ne peut être utilisé dès que lasection des conducteurs actifs est ≤10 mm2 Cu.c le schéma TN-S est aussi utilisédans les pays anglos-saxons et sonemploi est de plus en plus fréquenten France, notamment dans le tertiaire.Il nécessite un conducteursupplémentaire, impose égalementdes études et une réalisationsoignées, mais il est plus soupled’emploi ; il utilise des DDR pour laprotection des personnes (dans le casde câbles de grande longueur), pour laprotection incendie ainsi que pour lesextensions sans calcul de l’impédancede boucle.Il reste que les courants de défautd’isolement qui sont des courants de

court-circuit peuvent, si le PE est relié,dans la distribution, aux structuresmétalliques, créer des perturbationsélectromagnétiques préjudiciables aubon fonctionnement des équipementsélectroniques (somme des courantsdans le câble non nulle et courants"vagabonds".Enfin, le neutre n’étant pas protégédans certains pays, (dispositionautorisée par la norme CEI 364)...,celui-ci peut être détérioré parsurintensité notamment lorsque desrécepteurs générant des courantsharmoniques de rang 3 et multiplessont alimentés par le réseau. Ceciconduit, dans certains cas, à doubler lasection du neutre (vu aux USA)... Aterme, la normalisation internationaledevrait prescrire la protectionsystématique du neutre, voire laprotection (sans coupure) du PEN enTN-C.c le schéma IT nécessite autant desérieux que le schéma TN-S. Lasurveillance permanente de l’isolementpermet la prédiction du défaut,aujourd’hui facilitée par les systèmesnumériques qui permettent de suivredans le temps l’évolution de l’isolementdépart par départ.Il nécessite la recherche et l’éliminationdu défaut et donc, de préférence, laprésence d’électriciens sur le site.Dans quasiment tous les pays, leneutre isolé est utilisé chaque fois quela continuité de service est importanteou que la vie des personnes est en jeu(hôpitaux par exemple).c le schéma TT est le plus simple àmettre en œuvre, les courants dedéfaut d’isolement sont 1 000 fois plusfaibles qu’en TN ou IT (2e défaut) d’oùson intérêt vis-à-vis des risques

incendie, explosion, dégâts matériels etperturbations électromagnétiques.Son point faible est le risque declaquage en retour lors d’un défautd’isolement dans le poste côté MT si lecourant de défaut homopolaire estimportant et si les masses du poste etdu neutre sont reliées.Il n’existe pas de statistique sur l’emploides SLT dans le monde, mais leSLT TT est de loin le plus utilisé.C’est par ailleurs, le régimecertainement le mieux adapté aux paysen voie de développement (simplicité).Après ces quelques considérations surles trois SLT officiels, il est intéressantd’examiner leur mise en œuvreparticulière dans quelques pays.

les SLT des réseaux BTprivés dans quelques paysAux USALes différents SLT sont utilisés : leTN-S (cf. fig. 13) est le plus employé,mais l'IT et l'IT impédant sont utilisésdans les usines à process.c deux particularités importantes dansla mise en œuvre du TN-S :v le neutre est non protégé et noncoupé, ce qui peut présenter desrisques pour les personnes ou lesbiens :- le potentiel du neutre par rapport à laterre peut être élevé en cas de défautprenant son origine au niveau MT, cequi est dangereux,- les courants harmoniques de rang 3et multiples de 3 s’additionnent dans leneutre et peuvent provoquer deséchauffements inadmissibles ;v le conducteur de protection estsouvent constitué par le chemin decâble et les tubes métalliquesacheminant les conducteurs actifs :

fig. 13 : schéma du SLT TN-S aux USA.

a charge

N


- l’impédance de ce PE est difficile àmaîtriser, ainsi le NEC § 230-95(National Electrical Code) considèreque les DPCC ne garantissent pastoujours la sécurité en cas de défautd’isolement,- le PE n’étant pas lié mécaniquementau conducteur actif défaillant (câblessur chemin de câble qui sert de PE),les efforts électrodynamiques dus aufort courant de défaut écartent le câblede son support, (les réseaux BTaméricains sont très puissants). Ceciprovoque un défaut intermittent avec,pour conséquence, un risque de nonfonctionnement des DPCC et uneaugmentation du risque incendie.A noter que lorsque le PE est unconducteur distribué, la mise à la terredu neutre du transformateur estquelquefois réalisée à travers unefaible impédance, ceci pour limiter lesI2t au point de défaut (Id i à 1 000 A).c protections utilisées en TN-SOutre l’emploi des DPCC, rappelonsque dans l’esprit américain lesprotections “de terre” utilisées ontessentiellement pour objet la protectiondes biens et la limitation du risqueincendie.Dans ce domaine le NEC impose leminimum, c’est-à-dire l’utilisation deprotections différentielles sur lesinstallations BT lorsque les 3 conditionssuivantes sont remplies :- neutre directement mis à la terre,- tension simple supérieure à 150 V etinférieure à 600 V,- intensité nominale de l’appareil detête supérieure à 1 000 A ;v mise en œuvre des DDRCette protection peut être effectuée de3 manières :- “Residual Sensing” : (détection decourant résiduel par addition vectorielledes courants dans les conducteursactifs), (cf. fig. 14). Ce montage, dit deNicholson, nécessite l’installation d’untransformateur de courant sur le neutre,le neutre étant aux USA non coupé etnon protégé.- “Source Ground Return” : (dispositifdifférentiel résiduel placé dans laliaison neutre-terre), utilisableuniquement en tête d’installation; ilpermet la mise en parallèle dessources (cf. fig. 15).

fig. 16 : zéro séquence.

R

N

R disjoncteuravec protectionde terre intégrée

N

fig. 14 : residual sensing.

R

N

fig. 15 : source ground return.


- “Zéro séquence” : (DDR classique) ; ilpermet de détecter des courantsfaibles, et peut être employé àdifférents niveaux de l’installation pourréaliser une protection sélective(cf. fig. 16).v réglages du dispositif de tête :- seuil maxi : 1 200 A,- temps de déclenchement : il ne doitpas dépasser 1 s pour un courant dedéfaut de 3 000 A.

NotaLe NEC ne précise pas de tempsde déclenchement à 1 200 A, mais ilest d’usage de mettre en place desprotections avec des seuils plusbas et les plus instantanéespossible.c sélectivité des protectionsdifférentiellesLa NEC 230 § 95 n’impose laprotection terre que pourl’appareil de tête. Bien évidemment,il est nécessaire d’installer aussicette protection en aval afin d’éviter lamise hors service de l’installationcomplète en cas de défaut terre.Il est alors nécessaire aussi d’assurerla sélectivité entre les différentesprotections. Ce problème peut êtreréglé de deux manières :v entre les protections terre avec unesélectivité :- chronométrique par temporisation de0 à 1 s,- logique ou “Zone SélectiveInterlocking” recommandée aux USA,elle permet d’éviter d’avoir destemporisations longues (réduction duI2t traversant) et de réaliser facilementla sélectivité sur 3 niveaux ou plus.v entre protection terre et magnéto-thermiqueLa sélectivité sera déterminée par lacomparaison du seuil de réglage de laprotection terre amont avec la courbeI = f(t) du réglage magnéto-thermiquede la protection aval (cf. fig. 17).L’économie d’emploi de protections de"terre" dans les divisionnaires est faiteau détriment du seuil defonctionnement des protections et doncdes risques de détérioration plusimportants.

a)

b)

3

D1M25 + GFP

D2M10 + GFP

D3C161

tableau principal

tableau secondaire

R

3

R

T1000 A - 0,1 s

T1200 A - 0,2 s

D3

ts D2STR38

D1STR58

IpA

0,10,25

875 1000 1200 2500

fig. 17 : sélectivité entre protection contre les courts-circuits aval (D3) et protections de terre(GFP) amont, en orange.


masses (IhMT . R) ; un limiteur desurtension réduit ce risque.Par ailleurs un relais différentiel placésur le circuit neutre/terre, provoquel’ouverture instantanée dudisjoncteur MT s’il détecte un courantde défaut supérieur à 20 A.c disposition complémentaireLa résistance de limitation estsurveillée par un relais ohmique :v si la résistance est coupée : le SLTdevient un IT ; l’exploitation peutcontinuer mais il y a ouverture d’undépart en cas de défaut double parDDR,v si la résistance est en court-circuit, leSLT devient TN-S et le premier défautd’isolement provoque l’ouverture d'undisjoncteur BT, à moins, bien sur, quele service électrique de maintenance aitagi à temps.

Comparativement au schéma TT ouTN-S classique, ce SLT est meilleurlorsque la tension Uo est supérieure à400 V (ce qui est le cas dans lesmines) car il limite la tension decontact.

Le souci de limiter les courants dedéfaut d'isolement est assez généralavec des motivations diverses :c puissance de court-circuitimportante : USA ;

c impédance de boucle incertaine :mines chantiers ;c limitation des dégats et/ou risqueincendie : process - mines -pétrochimie (A noter que BritishPetroleum (BP) réalise toutes sesinstallations dans le monde en utilisantle TN-S impédant (idem fig. 18) avecune résistance de 3 Ω en BT et 30 Ωen 3,2 kV).

En ChineLa Chine s’éveille! mais elle alongtemps été sous l’influencetechnique de l’URSS, qui est membrede la CEI (le russe est une des languesofficielles de la CEI avec l’anglais et lefrançais).De ce fait, les trois SLT sont connus etutilisés à des degrés divers :c l’IT est utilisé lorsque la continuité deservice est importante ainsi que lorsquele risque pour les personnes est réel(hôpitaux) ;c le TT utilisé en distribution publique,l’est aussi dans l’industriel et le tertiairemais de moins en moins, peut-être àcause de la faible utilisation de lasélectivité chronométrique ;c le TN-C, qui était d’origine URSS,n’est plus du tout employé ;c le TN-S est de plus en plus souventchoisi par les “Design institutes” pourles gros projets.

En République Sud AfricaineEn RSA, les installations électriquesindustrielles et tertiaires sont réaliséesselon les normes CEI.Les trois régimes du neutre sontutilisés, avec une prédominance duTN-S.Pays minier, la RSA utilise dans lesmines d’or, par exemple, un SLTmi-TN-S, mi-TT (cf. fig. 18), lesprotections mises en œuvre étant desDDR.

Caractéristiques de ce SLT :c le conducteur de protection estdistribué ;c les masses des récepteurs sontreliées au PE qui est mis à la terre auniveau du poste MT/BT ;c une résistance placée entre le neutredu transformateur et la prise de terrelimite le courant de défaut d’isolement àmoins de 20 A.Ce schéma a des avantages et desinconvénients :c avantages :v une tension de contact faible malgrél’emploi d’une tension réseau 525/900 V,

Uo . RPE

RPE + RPh + 27 Ωv un courant de défaut faible, donc uneforte limitation des risques d’incendie etdes détériorations des récepteurs endéfaut,v une protection sélective par DDRavec utilisation de la sélectivitéchronométrique.A noter que l’emploi de DDRest d'autant plus intéressant que latopologie du réseau BT est enperpétuelle évolution (impédance deboucle !).c inconvénients :En cas de claquage HT/BT dans letransformateur, il y a risque d’élévationdu potentiel des conducteurs actifs duréseau BT par rapport à la terre et aux

N

R = 27 Ω

525/900 V

fig. 18 : SLT utilisé en RSA.


électromagnétique (CEM) estindispensable.C’est le choc des cultures techniques :c l’électricien est géné par lesharmoniques générées par lesconvertisseurs statiques. Cesharmoniques provoquent deséchauffements des transformateurs, ladestruction des condensateurs, descourants anormaux dans le neutre ;c l’électronicien met des filtres devantses produits, lesquels ne résistent pastoujours aux surtensions et font baisserl’isolement des réseaux ;c le fabricant de lampes ignore lesproblèmes que peuvent poser lescourants de mise sous tension, lesharmoniques, les hautes fréquencesgénérées par certains ballastsélectroniques ;c l’informaticien (idem pour lesconcepteurs de systèmes à intelligencerépartie) s’inquiète de l’équipotentialitédes masses et des parasites conduitset rayonnés.Ces spécialistes ont quelquefois du malà se comprendre, n’ont pasnécessairement des démarchescohérentes... et peu nombreux sontceux qui connaissent les SLT, leursavantages et leurs inconvénients face àl’évolution des techniques évoquéesci-avant.

SLT et perturbations dessystèmes électroniquesLes perturbations électromagnétiquessont de nature très variées; ellespeuvent être :c permanentes ou occasionnelles ;c basse ou haute fréquence ;c conduites ou rayonnées ;c de mode commun ou de modedifférentiel ;c d'origine externe ou interne auréseau BT.Le choix du SLT n'est pas neutrevis-à-vis :

c de la sensibilité aux perturbations ;c de la génération des perturbations ;c des effets sur les systèmes courantsfaibles.Pour le lecteur, qui désire approfondirses connaissances dans ce domaine,signalons les Cahiers Techniques :c n° 149 - La ComptabilitéElectromagnétique - CEM - ;c n° 141 - Les perturbations électriquesen BT ;c n° 177 - Les SLT et les perturbationsélectromagnétiquesNous ne rappelons ici que l'essentiel,sans revenir sur le comportement desSLT vis-à-vis des défauts (50 Hz)d'origine MT.

Face aux harmoniquesLe TNC est à éviter car lesharmoniques de rang 3 et multiplesde 3 circulent dans le PEN (en plus ducourant de neutre) et font que celui-cine peut être utilisé comme référence depotentiel pour les systèmesélectroniques communicants (systèmesà intelligence répartie).De plus si le PEN est relié auxstructures métalliques, celles-ci, ainsique les câbles électriques, deviennentdes perturbateurs électromagnétiques.NotaLe TNC-S (TN-S en aval d’un TN-C)est aussi à éviter même si les risquessont plus faibles.

Face aux courants de défautc courts-circuits : éviter de séparer lesconducteurs actifs, sinon l’ Icc crée, parla boucle ainsi réalisée, une impulsionélectromagnétique ;c défaut à la masse électrique : le PEdoit suivre au plus près les conducteursactifs, ou mieux, être dans le mêmecâble multi conducteurs sinon, commeci-dessus, l'effet de boucle émettriceapparaît. Cet effet est d'autant plusimportant que le courant de défaut estélevé, donc avantage au SLT TT, lesSLT TN et IT (2e défaut) peuventdévelopper des courants 1 000 foisplus importants.

3. évolutions et choix des SLT

évolution des installationsélectriquesEn 1960 le secteur tertiaire était trèspeu développé; les usines,généralement importantes, étaientsouvent installées à proximité despostes sources.Les industriels avaient comme principalsouci le fonctionnement des process;disposant d’un service électriquecompétent, ils allaient être séduits parle neutre isolé (le décrêt du14 novembre 1962 a fortementparticipé à sa promotion).Petit à petit, la sécurité qu’apporte cerégime l’a fait adopter par le législateurdans les installations tertiaires où lasûreté était primordiale : ex. hôpitaux.

En 1990, l’énergie électrique fait toutfonctionner dans les logements, letertiaire et l’industrie.La distribution publique a fait de grosprogrès en terme de disponibilité del’énergie électrique mais celle-ci n’estpas toujours suffisante d’où l’utilisationde groupes électrogènes etd’alimentation sans interruption :c le résidentiel n’accepte plus lescoupures de courant ;c le tertiaire est gros consommateurd’informatique ;c l’industrie s’installe en zone rurale,est grosse consommatriced’automatismes et utilise de plus enplus de convertisseurs statiques; parexemple, les moteurs sont pilotés parun variateur de vitesse et liésfonctionnellement à un automate.

De plus en plus et dans tous lesbâtiments, des appareils ‘intelligents”sont pilotés par des systèmes degestion technique (process- distributionélectrique - utilités du bâtiments).Ces systèmes numériques, y comprisl’informatique répartie, exigentaujourd’hui de faire cohabiter sansgêne courant fort et courant faible, end’autres termes la compatibilité


PE

liaison numérique

En TN et IT il faut éviter de relier le PEaux masses métalliques en différentsendroits dans le bâtiment car lescourants de retour peuvent prendre deschemins variés et se transformer enantenne émettrice. Il en va de mêmed'ailleurs pour le câble de puissance,intégrant le PE, dans lequel la sommedes courants n'est plus nulle.En ce qui concerne l'équipotentialitédes masses, le TN et l'IT (au 2e défaut)sont équivalents car le potentiel de lamasse au point de défaut montebrutalement à ≈ Uo/2 alors qu’il reste à0 V à l’origine de l’installation.Ceci conduit certains spécialistes àprescrire en TN et IT la réalisation d'uncircuit de masse courant faible séparédu circuit de terre (PE), les deux étantreliés à la prise de terre à l'origine del'installation BT.Le TT avec PE distribué dans toutel'installation est de ce point de vue lemeilleur (Id faible et même référencede potentiel pour tous les équipementscommunicants), (cf. fig. 19).

Face aux surtensions de foudre etde manœuvreCes surtensions, de mode commun oude mode différentiel et de fréquence1 kHz à 1 MHz peuvent endommagercertains appareils électroniques si leuralimentation ne comporte pas detransformateur d'isolement à faiblecouplage capacitif primaire/secondaire.Vis-à-vis des surtensions de modedifférentiel, tous les SLT sontéquivalents ; la solution consiste :c à mettre en œuvre des réducteurs desurtension au niveau des élémentsperturbateurs (exemple RC sur bobinede contacteur) ;c à protéger les matériels sensibles eninstallant directement à leurs bornes unlimiteur de surtension (varistance,parafoudre ZnO).Vis-à-vis des surtensions de modecommun (foudre), il convient d'installerdes parafoudres ZnO à l'origine del'installation BT avec des connexionsà la terre les plus courtes possibles.Ici les SLT TN et TT peuventapparaître comme meilleur que l'IT

mais les surtensions arriventaussi sur les phases BT ; en effet,aux fréquences considérées,l’impédance phase/neutre desenroulements BT est très élevée(les phases sont “en l’air” par rapportà la terre même si le neutre est relié àla terre).

Face aux perturbations HFTous les SLT sont équivalents.Ce qui est souhaitable pourminimiser les effets desperturbations HF :c utiliser l’effet cage de Faraday pour lebâtiment (structures métalliques et

planchers maillés) ou pour certainslocaux du bâtiment réservés auxéquipements sensibles :c découpler le réseau de masses (destructure et fonctionnelles) du réseaude terre (PE) ;c éviter les boucles que peuvent formerles circuits courants forts et courantsfaibles des appareils communicants ouplacer sous “effet réducteur” lesliaisons courants faibles (plans demasse - gaines/écrans métalliques -masses d’accompagnement) ;c éviter de les faire cheminer àproximité des câbles de puissance etcroisement à 90° ;

a)

PE

2 31

liaison numérique

∆V∆V

En TN : lors du défaut d'isolement, la chute de tension dans le PE fait varier le potentiel deréférence des appareils communicants.

Les masses des appareils 2 ; 3... sont au potentiel ≈ Uo2 alors que les appareils près de la

source sont au potentiel de la terre.

fig. 19 : équipotentialité du PE lors d’un défaut d’isolement.

En TT : avec une seule prise de terre des masses des récepteurs, toutes les masses sont aumême potentiel, même pendant un défaut ; pas de perturbations des communications par bus.

b)


c utiliser des câbles torsadés, mieux,torsadés blindés.Les normes sont encore rares dans cedomaine et souvent préparées (normesCEM) par des électroniciens. La normed'installation CEI 364 sections 444 et548 doit donner de plus en plus derecommandations.

évolution des SLTEvolution du TNCe régime du neutre visait à l'origine lasimplicité, l'efficacité et le coûtd'installation minimum(cf. le TN américain où le neutre n'estmême pas protégé).La sécurité des personnes est assurée,celles des biens (incendie, détériorationdes matériels électriques) l'est moins.La prolifération de l'électronique depuissance et à courant faible augmenteet va augmenter encore la complexitéde sa mise en œuvre.Issu du TT des années 20, le TN a étéla solution pour maîtriser la valeur descourants de défaut et s'assurer que toutdéfaut d'isolement pouvait être éliminépar un DPCC.Il s'est développé dans les pays anglosaxons où la rigueur des concepteursd'installation et des exploitants estbonne.L'évolution logique est TN-C TN-C-STN-S TN-S aveclimitation du courant de défaut pourlimiter les risques d'incendie, lesdétériorations des récepteurs et lesdysfonctionnements dus à lagénéralisation de l'électroniquedistribuée (cf. fig. 20).Une enquête réalisée en Allemagne en1990 a montré que 28 % desproblèmes électriques (électronique)étaient dus à la CEM.En terme de protection, le régime TNutilise souvent des fusibles, déjà gênéspar un temps de coupure trop longlorsque la tension limite de sécurité ULest de 25 V ; ceux-ci le seront encoreplus à long terme si les réseaux BT detension supérieure au 230/400 V sedéveloppent. L'emploi de DDR (TN-Simpédant) résout ce problème.

a) SLT TN-C

fig. 20 : évolution du TN.

Solution utilisée aux USA (Id de l'ordre de 500 A) en RSA, (I∆ z 20 A) ; limitation du risqueincendie, des détériorations et des problèmes de référence de potentiel pour l'électroniquedistribuée.Ce régime du neutre se rapproche du SLT TT.

NPh

PE

MT BT3

c) SLT TN-S

PENPhMT BT

3

b) SLT TN-C-S

(1) nouvelle prise de terre souhaitable si le transformateur est éloigné (distribution publique),améliore l'équipotentialité locale par rapport à la terre ; solution utilisée en Allemagne et enexpérimentation en France (en DP).(2) en France, la norme C 15-100 exige le passage en TN-S lorsque la section desconducteurs est i 10 mm2 Cu. ≤

PhNPE

r

MT BT

DDR

3

PhNPE

MT BT3

(1)

(2)

Evite les perturbations de l'équipotentialité dues à la circulation du courant de neutre et desharmoniques 3K dans le PEN.

d) SLT TN-S impédant


MT BT

NPhMT BT

3

NPh

PE

MT BT

CPIlimiteur

Evolution de l'ITLes premières installations électriques(1920) étaient réalisées en IT, mais trèsrapidement les défauts doubles l'ontdiscrédité (non maîtrise desimpédances de boucle).La normalisation l'a officialisé dans lesannées 60 pour faire face auximpératifs de continuité d'alimentationdes industries à process et de sécuritédans les mines.Aujourd'hui le régime IT est très prochedu TN-S en terme d'installation (unlimiteur de surtension et un contrôleurd'isolement en plus).C'est le champion de la continuitéd'exploitation et de la sécurité aupremier défaut, si celui-ci est recherchéet éliminé rapidement !Après la généralisation du PE distribuédans toute l'installation (comme en TN)ce régime, pour lequel le courant dedeuxième défaut ne peut être limité, nedevrait pas évoluer si ce n'est auniveau des techniques de rechercherapide du défaut.La probabilité de défaut doubleaugmentant avec le nombre de départset l'étendue de l'installation, son emploidevrait être réservé à des parties deréseau, aux circuits de contrôle-commande avec bien sûr utilisation detransformateurs d'isolement (cf. fig. 21).Sur ces circuits, peu étendus, l'emploide l'IT impédant autorise l'emploi deDDR en signalisation pour lalocalisation du défaut.

Evolution du TTA l'origine, la distribution électrique, enFrance, se faisait en 110 Vmonophasé, puis l’alimentation s’estfaite en 220 V biphasé. La mise à laterre des masses, associée à la miseen œuvre de DDR, avait pour but demettre hors tension les abonnés ayantun défaut d'isolement et les fraudeurs.Le souci de protéger les personnescontre les contacts indirects est venuavec le développement du grosélectroménager.La protection contre les contactsindirects par DDR avec des temps defonctionnement normés a étéofficialisée dans les années 60.Aujourd'hui, la tendance est (comme enTN et IT) de distribuer le PE dans toutel'installation et donc à n'utiliser qu'uneprise de terre des utilisations (cf. fig. 22).

fig. 21 : évolution de l'IT.

L'IT est surtout utilisé sur de petits réseaux ou parties de réseaux en aval des régimes TNou TT.

MT BT

IT

TN-Sou TT

d) 2000

Rapprochement avec le TN-S (PE distribué, calcul des impédances de boucle).

NPh

PE

MT BT

CPIlimiteur

Limitation du nombre de prises de terre et interconnexion des masses ou emploi de DDR pourmaîtriser le défaut double.

a) à l'origine

b) en 1960

c) 1990


3

NPhHT BT

DDR

Cette tendance devrait se poursuivrepar l'utilisation de la seule prise de terredu neutre BT (comme en TN et IT)mais en conservant l'avantage (dégâts,incendie, CEM) d'un courant de défautd'isolement faible.

choix du SLTLe choix du SLT devrait être influencépar les utilisateurs de l’énergieélectrique et par les exploitants duréseau (le service électrique).L’expérience montre que le choix estsurtout fait par le bureau d’étude,concepteur de l’installation.

Pour l'utilisateur et l'exploitantL’utilisateur et l’exploitant réclamant laSURETE totale, l'énergie électrique doitêtre toujours disponible et ne présenteraucun risque, donc "se faire oublier".Les composantes de la sûreté del’installation :c la sécurité ;c la disponibilité ;c la maintenabilité doivent donc êtreoptimisées.De plus, et c'est nouveau, l'électriciténe doit pas perturber les nombreuxéquipements courant faible.Ce sont ces critères qui permettent defaire le meilleur choix en fonction :c du type de bâtiment ;c de l'activité qu'il abrite ;c de la présence ou non d'un serviceélectrique.En terme de sécurité , le TT est lemeilleur,En terme de disponibilité c'est l'ITqui est le mieux adapté,En terme de maintenabilité lalocalisation du défaut est rapide en TN(action du DPCC) mais le temps deréparation est souvent élevé. Al'inverse, en IT, la localisation dupremier défaut peut être plus difficilemais la réparation est plus rapide etmoins onéreuse.Le TT est un bon compromis.En terme de fiabilité , les matériels deprotection mis en œuvre sont fiables,mais la fiabilité de l'installation et desrécepteurs peut être affectée :c en TN-C par le fait que le PEN, nonprotégé, peut être détérioré par lescourants harmoniques ;c en TN-C et TN-S ;v par le manque de rigueur lorsd'extensions,

fig. 22 : évolution du TT.

a) à l'origine

b) en 1960

NPh

PE

HT BT

DDR

DDR DDR

Multiples DDR avec sélectivité chronométrique, équipotentialités locales et minimisation dunombre de prises de terre.

c) en 1990

N

Ph

PE

HT BT

Même utilisation des DDR. PE distribué comme en TN-S et IT.Dans certaines installations, les deux prises de terre sont reliées... c'est du TN-S sans calculd'impédance, vu l'emploi de DDR.

d) 2000

r

HT BT

DDR

Pour conserver l'avantage du faible courant de défaut (dégâts et CEM) apparition d'un TTimpédant (r ≈ 12 Ω/Id = 20 A) avec une seule prise de terre. Ce schéma nécessite l'utilisationd'un limitateur de surtension si le courant homopolaire MT dépasse ≈ 80 A - même emploi desDDR (sélectivité chronométrique).


HT BT

TN-S

NPE

3

TN-S

TT

PE

IT

v par la mise en œuvre de sources deremplacement (ex. EJP) à puissancede court-circuit faible,v par les effets des effortsélectrodynamiques.c en IT, en cas de défaut double, lesrisques inhérents au TN exprimésci-dessus existent aussi, par contre sila recherche et l'élimination du 1er

défaut sont rapides, la fiabilité del'installation est très bonne,c en TT, par le claquage en retour desrécepteurs dû à un défaut dans letransformateur HT/BT, mais laprobabilité d'apparition (l'occurence) dece défaut est faible et des paradesexistent, par exemple, mise en œuvred'un parafoudre entre les conducteursactifs et la prise de terre desrécepteurs.En terme de perturbations , le TT est àpréférer au TN-S dont les forts courantsde défaut peuvent être perturbateurs.

Le tableau de la figure 23 rappelle lespoints forts et les points faibles dechaque SLT.

Pour le concepteur de l'installationL'étude est plus simple en TT, idemlors d'une extension (pas de calculs);elle est d'une complexité équivalenteen TN-S et IT.Sur le plan des coûts :c le TN-S est le moins coûteux àl'installation, par exemple si le neutren’est ni protégé, ni coupé, maisattention au coût de la maintenancecurative ;c l'IT est un peu plus coûteux àl'installation, (matériel de contrôle del'isolement et de recherche de défaut).La recherche de la meilleuredisponibilité de l'énergie électriquenécessite la disponibilité d'unélectricien, dont l'action va minimiser lamaintenance curative.c le TT, si des DDR sélectifs sontinstallés en nombre suffisant est un peuplus coûteux à l'installation que l'IT,mais la localisation du défaut est simpleet la maintenance curative moinscoûteuse qu'en TN.En terme de coût complet sur 10à 20 ans, les trois SLT sont équivalents.

fig. 23 : comparaison des SLT.

a) association "série" des SLT

HT BT

TN-C

PEN

TN-S

NPE

TT

3

IT

b) association "antenne" des SLT

- éclairage- chauffage- centre informatique

- machines- systèmes communicants . automatique . bureautique . GTB- locaux à risque incendie

- systèmes de sécurité- équipements médicaux- Process industriel

fig. 24 : cœxistence de plusieurs SLT dans une installation BT.

TN-C TN-S TT IT(1) IT(2) Observationssécuritéc des personnes + + + ++ - Uc # 0 au 1er défaut en ITc incendie - - - + ++ - TN-C déconseilléc explosions - - - + ++ - TN-C interditdisponibilité- + + + ++ + fonction de la sélectivité des(suite à 1 défaut) DPCC ou des DDR (plus facile

à mettre en œuvre)maintenabilité - - + ++ - l'IT autorise la maintenance

préventive, voire prédictivefiabilité - + ++ ++ + avantage aux Id faiblesde l'installation (dégâts - efforts électro-

dynamiques)perturbationsc émission - - + ++ - avantage aux Id faiblesde rayonnement EMc équipotentialité - - + ++ + + attention aux harmoniquesdu PE en TN-C

(1) : 1er défaut d'isolement.(2) : 2e défaut.


c la prolifération des appareilsélectroniques courant fort(perturbateurs) et courants faibles(perturbés), lesquels s’érigent de plusen plus en systèmes communicants.Ainsi la tendance générale au niveaudes SLT est , tant en MT qu’en BT, delimiter les courants de défautd’isolement.Aujourd’hui les courants de défaut desSLT BT traditionnels sont en valeurtypique :c IT (1er défaut) : Id ≈ A < 1 A;c TT : Id ≈ 20 A ;c TN : Id ≈ 20 kA ;c IT (2e défaut) : Id ≈ de 20 kA.Limiter les courants de défaut :c facilite la maintenabilité del’installation électrique, et doncaméliore la disponibilité ;

Les trois SLT (TN, IT, TT) sont trèsbien définis, ainsi que leur mise enœuvre, par les normes d’installation(CEI 364, NF C 15-100…).Leur emploi respectif varie en fonctiondes pays :c majorité de TN dans les paysanglo-saxons ;c TT souvent utilisé dans les autrespays ;c IT utilisé lorsque la sécuritédes personnes et des biens ainsi que lacontinuité de service sont importantes.Ils sont tous les trois réputés assurer laprotection des personnes.Deux évolutions importantes ont uneinfluence non négligeable sur le choixd’un SLT :c la recherche de la meilleurecontinuité de service ;

Le bon choixDans un certain nombre de pays, pourcertains bâtiments ou partie debâtiment, le choix est imposé par lelégislateur ou le normalisateur, citons :les hôpitaux, les écoles, les marina, leschantiers, les mines etc. Dans d'autrescas, certains SLT sont interdits, parexemple le TN-C dans les locaux àrisque d'explosion.Hormis ces choix imposés, ce sont lesobjectifs de SURETE (sécurité,disponibilité, fiabilité, maintenabilité etbon fonctionnement des systèmescommunicants à courant faible) quidoivent permettre de déterminer quelest le SLT à retenir pour un type debâtiment.

Le niveau de développement dupays est aussi un critère à prendreen compte, ainsi que les habitudesnationales, le climat... Si l'on traceun axe nord-sud, en ce quiconcerne la distribution publique,on trouve le SLT IT en Norvège,TN-C en Allemagne, TT enFrance et dans la plupart des paysd'Afrique.

Dans les pays tempérés etindustrialisés, les trois SLT sont utilisésdans les installations privées.

Il faut enfin noter que le mixage desSLT est possible (en série ou enantenne) et même souhaitable,(cf. fig. 24).

4. conclusion

c minimise le risque incendie ;c peut réduire la tension de contact ;c et, pour les systèmes sensiblesminimise les perturbations parrayonnement électromagnétique etimpédance commune.Vu la prolifération des systèmesnumériques communicants(informatique, vidéo, automatique,GTB etc., il est essentiel que lesSLT procurent une référence depotentiel non perturbée par lesforts courants de défaut et lesharmoniques.Ainsi, l’évolution devrait favoriser lesSLT qui génèrent des courants dedéfaut ne dépassant pas quelquesdizaines d’ampères.Le SLT TT devrait donc être de plus enplus employé.


annexe n ° 1 : la norme CEI 364

Cette norme, dont l'intitulé est :Installations électriques des bâtiments,comporte différents chapitres et sous-chapitres dont voici les principaux :

ccccc 364-1 - 19921re partie : Domaine d'application,objet et définitions fondamentaux(NF C 15-100 - Partie 102).

ccccc 364-2-21 - 19932e partie : Définitions - Chapitre 21 -Guide pour les termes généraux.

ccccc 364-3 - 19933e partie : Détermination des caracté-ristiques générales(NF C 15-100 - Partie 3).

ccccc 364-44e partie : Protection pour assurer lasécurité.

vvvvv 364-4-41 - 1992Chapitre 41 : Protection contre leschocs électriques(NF C 15-100 - chapitre 41).

vvvvv 364-4-42- 1980Chapitre 42 : Protection contre leseffets thermiques(NF C 15-100 - chapitre 42).

vvvvv 364-4-43 - 1977Chapitre 43 : Protection contre lessurintensités(NF C 15-100 - chapitre 43).

vvvvv 364-4-45 - 1984Chapitre 45 : Protection contre lesbaisses de tension(NF C 15-100 - chapitre 45).

vvvvv 364-4-46 - 1981Chapitre 46 : Sectionnement etcommande(NF C 15-100 - chapitre 46).

vvvvv 364-4-47 - 1981Chapitre 47 : Application des mesuresde protection pour assurer la sécurité -Section 470 : Généralités - Sec-tion 471 : Mesures de protection contreles chocs électriques (NF C 15-100 -471).

vvvvv 364-4-442 - 1993Chapitre 44 : Protection contre lessurtensions - Section 442 : Protectiondes installations à basse tension contreles défauts à la terre dans les installa-

tions à haute tension.

vvvvv 364-4-443 - 1993Chapitre 44 : Protection contre lessurtensions - Section 443 : Protectioncontre les surtensions d'origine atmos-phérique ou dues à des manœuvres.

vvvvv 364-4-473 - 1977Chapitre 47 : Application des mesuresde protection pour assurer la sécurité -Section 473 : Mesures de protectioncontre les surintensités(NF C 15-100 - 473).

vvvvv 364-4-481 - 1993Chapitre 48 : Choix des mesures deprotection en fonction des influencesexternes - Section 481 : Choix desmesures de protection contre les chocsélectriques en fonction des influencesexternes.

vvvvv 364-4-482 - 1982Chapitre 48 : Choix de mesure deprotection en fonction des influencesexternes - Section 482 : Protectioncontre l'incendie(NF C 15-100 - 482).

ccccc 364-55e partie : Choix et mise en œuvredes matériels électriques .

vvvvv 364-5-51 - 1979Chapitre 51 : Règles communes(NF C 15-100 - 51).

vvvvv 364-5-51 - 1 - 1982Modification à la publication364-5-51 - 1979.


vvvvv 364-5-53 - 1986Chapitre 53 : Appareillage.

vvvvv 364-5-53 - 2 - 1992Modification à la publication364-5-53 - 1986 (Mod. 1 - 1988incorporée).

vvvvv 364-5-54 - 1980Chapitre 54 : Mises à la terre etconducteurs de protection(NF C 15-100 - Chapitre 54).


vvvvv 364-5-56 - 1980 -Chapitre 56 : Services de sécurité.

vvvvv 364-5-523 - 1983Chapitre 52 : Canalisations - Section523 : Courants admissibles(NF C 15-100 - 523).

vvvvv 364-5-537 - 1981Chapitre 53 : Appareillage - Chapitre537 : Dispositifs de sectionnement etde commande(NF C 15-100 - 537).


ccccc 364-66e partie : Vérification

vvvvv 364-6-61 - 1986Chapitre 61 : Vérification à la mise enservice.

vvvvv 364-6-61 - 1993Modification à la publication364-6-61 - 1986.

ccccc 364-77e partie : Règles pour les emplace-ments spéciaux

vvvvv 364-7-701 - 1984Section 701 : Locaux contenant unebaignoire ou une douche.

vvvvv 364-7-702 - 1983Section 702 : Piscines.

vvvvv 364-7-703 - 1984Section 703 : Locaux contenant desradiateurs pour saunas.

vvvvv 364-7-704 - 1989Section 704 : Installations de chantiers.

vvvvv 364-7-705 - 1984Section 705 : Installations électriquesdans les établissements agricoles ethorticoles.

vvvvv 364-7-706 - 1983Section 706 : Enceintes conductricesexiguës.

vvvvv 364-7-707 - 1984Section 707 : Mises à la terre desinstallations de matériel de traitementde l'information.

vvvvv 364-7-708 - 1988Section 708 : Installations électriquesdes parcs de caravanes et des carava-nes.


annexe n ° 2 : bibliographie

c Les perturbations électriques en BT,Cahier Technique n° 141R. CALVASc Introduction à la conception de lasûreté,Cahier Technique n° 144P. BONNEFOI.c La foudre et les installationsélectriques HT,Cahier Technique n° 168B. DE METZ NOBLAT.c Les schémas des laisons à la terredans le monde et évolutions,Cahier Technique n° 172B. LACROIX et R. CALVASc Connaissance et emploi du SLTneutre isolé,Cahier Technique n° 178E. TISON et I. HERITIER(édition prévue fin 1995)c Perturbations électriques dans lesinstallations électriques BT et schémasdes liaisons à la terre,Cahier Technique n° 177R. CALVAS(Edition prévue fin 1995).Publications diversesc Guide de l’installation électrique(partie G)Ed. FRANCE IMPRESSIONCONSEIL 1991.c Guide de l’ingénierie électriqueEd. ELECTRA 1986.c Electrical Reviewnovembre 1991 - octobre 1992.c La protection différentielleCahier Technique J3E - 02/90

Normesc CEI 241 : Coupe-circuit à fusiblespour usages domestiques ouanalogues.

c CEI 269 : Fusibles basse tension.

c CEI 364 : Installation électriques desbâtiments.

c CEI 479 : Effets de courant passantpar le corps humain.

c NFC 15-100 : Installations électriquesà basse tension.

c NFC 63-150 : Limiteurs desurtension : règles.

c NFC 63-080 : Dispositifs de contrôlepermanent d'isolement et dispositifs delocalisation de défauts associés.

c CEI 947-2 : Appareillage à BasseTension - 2e partie : Disjoncteurs.

c CEI 755 : Règles générales pour lesdispositifs de protection à courantdifférentiel résiduel.

Décret français du 14.11.88Cahiers Techniquesc Mise à la terre du neutre dans unréseau industriel HT,Cahier Technique n° 62F. SAUTRIAU.

c Les dispositifs différentiels résiduels,Cahier Technique n° 114R. CALVAS.

c Protection des personnes etalimentation sans coupure,Cahier Technique n° 129J.-N. FIORINA.

Cahier Technique Merlin Gerin n° 173 / p.24Réal. : Illustration Technique Lyon -DTE - 07/95 - 3 500 - Imprimeur : Clerc

Documents

les schémas des dans le monde et évolutions