Protection des personnes et alimentations statiques sans interruption

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Cahier technique n° 129

Protection des personneset alimentations statiquesCas des alimentations statiques sans interruption -ASI-et des systèmes de transferts statiques de sources -STS-

J.-N. Fiorina

Collection Technique

Building a New Electric World *

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n° 129Protection des personneset alimentations statiquesCas des alimentations statiques sans interruption -ASI-et des systèmes de transferts statiques de sources -STS-

CT 129 édition septembre 2004

Jean-Noël FIORINA

Entré chez Merlin Gerin en 1968 comme agent technique delaboratoire au département ACS – Alimentations ConvertisseursStatiques – il participe à la mise au point des convertisseurs statiques.En 1977, diplômé ingénieur de l’ENSERG (Ecole Nationale Supérieured’Electricité et de Radioélectricité de Grenoble), il réintègre ledépartement ACS.D’abord ingénieur de développement, puis chargé de projet, il devientensuite, au sein de MGE UPS Systems, Responsable Innovations puisDirecteur Scientifique. Il est en quelque sorte le père des onduleursde moyenne et forte puissance.

Cahier Technique Schneider Electric n° 129 / p.2


Protection des personneset alimentations statiquesCas des alimentations statiques sans interruption -ASI-et des systèmes de transferts statiques de sources -STS-

Les alimentations sans interruption -ASI- ont comme mission premièred’assurer la continuité de fourniture de l’énergie électrique. Même lorsquele réseau est absent elles fournissent l’énergie nécessaire à partir de leursbatteries ou d’une source de remplacement, ou encore d’une source desecours en cas d’anomalie.

Les systèmes de transfert statiques -STS- permettent d’alimenter uneutilisation à partir de deux sources indépendantes. En cas de défaut ilstransfèrent automatiquement les charges d’une source à l’autre.

La mise en œuvre de ces dispositifs, en respectant les normesd’installation CEI 60364 et NF C 15-100, est assez délicate du fait dunombre de sources, de la multiplicité des configurations possibles et desdifférents schémas des liaisons à la terre.Ce cahier technique permet de faire le point sur ces difficultés et apportedes explications pour choisir les solutions les mieux adaptées auxdifférents cas rencontrés.

Sommaire

1 Rappels : les schémas de liaison du neutre 1.1 Description p. 4à la terre, en Basse Tension (SLT) 1.2 En pratique p. 4

2 Principales configuration ou types d’ASI 2.1 ASI double conversion (ASI dite « ON-LINE ») p. 6

2.2 ASI fonctionnant en interaction directe avec le réseau p. 6

2.3 ASI fonctionnant en attente passive p. 7

2.4 Associations d’ASI p. 7

2.5 Spécificités liées aux différents types d’ASI p. 8

2.6 Contraintes particulières p. 8

3 Protection contre les contacts directs p. 10

4 Protection contre les contacts indirects 4.1 Choix du schéma des liaisons à la terre en aval de l’ASI p. 11

4.2 Lorsque le SLT en amont de l’ASI est en TN-C p. 11

4.3 Lorsque le SLT en aval de l’ASI est différent du SLT en amont p. 11

4.4 Lorsque les SLT en amont et en aval de l’ASI sont identiques p. 12

4.5 Précision sur la mesure de protection par coupure automatiquede l’alimentation p. 13

4.6 Protection contre les retours de tension en entrée p. 13

5 Application 5.1 Application aux ASI unitaires p. 14

5.2 Application aux ASI mises en parallèle p. 21

5.3 Application aux STS p. 26

6 Protection contre les contacts indirects 6.1 Dispositifs de contrôle des circuits CC p. 31pour les circuits CC et la batterie 6.2 Principaux cas d’application p. 34

7 Conclusion p. 40

Bibliographie p. 41


1 Rappels : les schémas de liaison du neutre à la terreen Basse Tension (SLT) (normes CEI 60364-1 et NF C 15-100 § 312)

1.1 Description

Ces normes définissent, pour les installationsbasse tension, trois types de schémas desliaisons à la terre :c le schéma TT, dit neutre à la terre ;c le schéma TN, dit de mise au neutre ;c le schéma IT, dit à neutre isolé ou impédant.

Ils sont symbolisés par 2 lettres :c la première lettre indique la situation du neutreà l’origine de l’installation par rapport à la terre :T = liaison directe du neutre avec la terre,I = soit isolation de toutes les parties actives parrapport à la terre, soit liaison du neutre avec laterre à travers une impédance ;

c la deuxième lettre indique la situation desmasses par rapport à la terre :T = masses reliées directement à la terre,N = masses reliées au neutre.Deux autres lettres sont aussi utilisées en TN :c TN-S = lorsque la fonction de protection estassurée par un conducteur distinct depuis leneutre ou le conducteur actif mis à la terre ;c TN-C = lorsque les fonctions de neutre et deprotection sont combinées en un seul conducteur(conducteur PEN).Le tableau de la figure 1 page suivante, résumel’ensemble de la norme concernant l’installationet l’exploitation de ces schémas.

1.2 En pratique

c Le schéma TT est le plus simple à laconception et à l’utilisation, mais il nécessite laprotection par des dispositifs différentiels àcourant résiduel -DDR- de tous les circuits.

c Le schéma TN-S est fortement recommandépour l’alimentation des matériels de traitementde l’information et analogues du fait de laprésence de nombreuses capacités de filtragecréant un courant de fuite important.

c Le schéma TN-C est déconseillé pour lesappareils communicants du fait des différencesde tension inévitables entre les différentesenveloppes. Il est de plus interdit dans certainscas (par exemple pour l’alimentation électriquede zone avec risque d’incendie ou d’explosion)en raison de la circulation d’importants courantsdans le conducteur PEN et dans les élémentsconducteurs présents et parallèles au PEN

(blindages, structures métalliques desbâtiments…).

c Le schéma IT, du fait de sa tolérance au premierdéfaut, peut être requis pour les installations desécurité. Il nécessite un contrôleur permanentd’isolement (CPI) pour réparer le premier défautavant l’apparition d’un deuxième.A noter qu’une installation peut être conçue avecchacun de ces SLT ou avec plusieurs SLT(cf. fig. 2 ).

Pour plus de détails sur les SLT, lire aussi lesCahiers Techniques :c Les schémas de liaisons à la terre en BT(régimes de neutre), n°172,c Les schémas des liaisons à la terre dans lemonde et leurs évolutions, n°173,c Le schéma IT (à neutre isolé) des liaisons à laterre en BT, n°178.

PEN

TN-C TN-S

TN-C-S

TT

NN

PE PE

IT

PE

3

N

Fig. 2 : exemple de coexistence entre les divers SLT.


PE

123N

RB

123NPE

RB RA

123PEN

RB

123NPE

RB

123NPE

RB

a - Neutre à la terre (TT) b - Mise au neutre (TN-C)

: Contrôleur permanent d'isolement.

c - Mise au neutre (TN-S)

d - Mise au neutre (TN-C-S) e - Neutre isolé (IT)

Neutre à la terre -TT- (a)

Technique d’exploitation :Coupure au premier défaut d’isolement.Technique de protection des personnes :La mise à la terre des masses est obligatoirementassociée à l’emploi de dispositifs différentiels àcourant résiduel (DDR), au moins un en tête del’installation.C’est la solution la plus simple à l’étude et àl’installation. Elle ne nécessite pas de surveillancepermanente de l’isolement, mais chaque défautentraîne une coupure de l’élément concerné.Note : Si, en aval d’une ASI, pour des raisonsparticulières de fonctionnement, il est nécessairede séparer la prise de terre des masses (desutilisations) de la prise de terre du neutre(onduleur), seul ce schéma neutre à la terre (TT)peut être utilisé.

Mise au neutre (TN)Le schéma TN, selon les normes CEI 60364 etNF C 15-100, comporte plusieurs sous schémas :c TN-C (b) : si les conducteurs du neutre N et duPE sont confondus (PEN) ;c TN-S (c) : si les conducteurs du neutre N et duPE sont séparés ;c TN-C-S (d) : utilisation d’un TN-S en aval d’unTN-C, (l’inverse est interdit).A noter que le TN-C est interdit pour les réseauxayant des conducteurs de section inférieureà 10 mm2.Technique d’exploitation :Coupure au premier défaut d’isolement.Technique de protection des personnes :c interconnexion et mise à la terre des masses etdu neutre impératives ;

c coupure au premier défaut réalisée pardéclenchement des protections de surintensité(disjoncteurs ou fusibles) ou par dispositif différentiel.Economique à l’installation, le schéma TNnécessite une étude de l’installation et unpersonnel d’exploitation compétent. Il se traduit parla circulation de forts courants de défaut, pouvantendommager certains appareils sensibles.

Neutre isolé (IT) et impédantAvec ce schéma (e), le premier défaut d’isolementn’est pas dangereux.Technique d’exploitation :c signalisation du premier défaut d’isolement ;c recherche et élimination obligatoires du défaut ;c coupure si deux défauts d’isolement simultanés.Technique de protection des personnes :c interconnexion (a) et mise à la terre des masses,selon le schéma TT si toutes les masses ne sontpas interconnectées, selon le schéma TN dans lecas contraire ;c surveillance du premier défaut par contrôleurpermanent d’isolement ;c coupure au deuxième défaut par protection desurintensité (disjoncteurs ou fusibles) ou pardispositif différentiel.Le schéma IT est la solution assurant la meilleurecontinuité de service. La signalisation du premierdéfaut permet une prévention contre tout risqued’électrocution. Il nécessite un personnel desurveillance compétent (recherche du premierdéfaut).

En distribution publique.Les schémas de liaison à la terre les plus utiliséssont le TT et le TN : quelques pays, par exemple laNorvège, utilisent le régime IT.

Fig. 1 : résumé des trois schémas de liaison à la terre définis par les normes CEI et NF.


2 Principales configuration ou types d’ASI

Comme son nom l’indique, la fonction principaled’une alimentation sans interruption, ou ASI, estla continuité de service. Mais une ASI peutremplir également d’autres fonctions et enparticulier améliorer la qualité de la tension

délivrée à l’utilisation. C’est ce qui explique lesdiverses configurations utilisées. Les schémassimplifiés qui suivent sont destinés à expliquerleurs principales caractéristiques. Ils sont plusdétaillés dans la norme ASI CEI 62040-3.

2.1 ASI double conversion (ASI dite « ON-LINE »)

En fonctionnement normal l’utilisation estalimentée en permanence par l’onduleur.La tension continue nécessaire à l’onduleur estfournie par le redresseur lorsque l’alimentationnormale présente une tension dans lestolérances admissibles par le redresseur, ou parla batterie dans le cas contraire.

Sur ce schéma (cf. fig. 3 ) la batterie estreprésentée en permanence sur la partie continuede l’onduleur et le redresseur fait égalementfonction de chargeur de batterie. Dans certainesréalisations la batterie dispose d’un chargeurindépendant et elle est connectée à l’onduleurdirectement par un interrupteur lors de ladisparition de l’alimentation normale. Dansd’autres réalisations surtout lorsque la tension

~= ~

=Alimentation normale ouAlimentation 1

Alimentation de remplacement ouAlimentation 2

Utilisation

CommutateurVoie by-pass

Batterie

Redresseur/Chargeur Onduleur

2.2 ASI fonctionnant en interaction directe avec le réseau

~=

Alim. 1Utilisation

Batterie

Onduleur-chargeur

Interface de puissance

Fig. 3 : schéma de principe d’une ASI double conversion dite « ON-LINE ».

Fig. 4 : schéma d’une ASI fonctionnant en interactiondirecte avec le réseau.

de la batterie est faible, un convertisseurcontinu / continu est inséré entre la batterie et lapartie continue de l’onduleur. Dans ce cas labatterie peut disposer d’un chargeur spécifiqueou bien c’est le convertisseur continu / continuqui fait office de chargeur. Une voie dite de by-pass permet d’augmenter la disponibilité del’alimentation en cas de surcharge ou en en casd’arrêt de l’onduleur suite à une défaillance oupour des raisons de maintenance.

Cette disposition est la plus répandue surtoutpour les ASI de moyennes ou fortes puissances,car c’est celle qui donne le meilleur résultat enterme de qualité de la tension délivrée àl’utilisation. Elle convient donc pour tous lestypes de charge y compris les plus sensibles.

Cette fois, en fonctionnement normal, l’utilisationest alimentée par le réseau à travers une interfacede puissance (cf. fig. 4 ). Cette interface depuissance, en association avec l’onduleurconnecté en parallèle avec l’utilisation, permetselon les réalisations d’améliorer la qualité de latension fournie en introduisant une régulation detension, et aussi de filtrer les harmoniquesgénérés par l’utilisation.La charge de la batterie est assurée parl’onduleur qui fonctionne en mode réversible.Lorsque la tension de l’alimentation normale sortdes tolérances admissibles par l’ASI, c’estl’onduleur qui continue à alimenter l’utilisation àpartir de sa batterie.


Il est à noter que pour éviter de perturberl’utilisation lors de la sortie de tolérances de latension normale, il est nécessaire de disposerd’un organe de découplage ultra-rapide dansl’interface de puissance.

Par ailleurs, la tension délivrée à l’utilisation estnécessairement de même fréquence que cellede l’alimentation normale. Si cette fréquencedevient mauvaise, ou varie rapidement dans lecas où l’alimentation normale est remplacée par

2.3 ASI fonctionnant en attente passive

~= ~

=

Alim. 1

Utilisation

CommutateurVoie directe

Batterie

Redresseur/Chargeur Onduleur

Filtre

~= ~

=

Unité 1

~= ~

=

Unité 2

~= ~

=

Unité 3

Alim. 1

Alim. 1

Alim. 1

Alim. 2

Utilisation

Commutateur

By-pass automatique

By-pass manuel

Fig. 6 : trois ASI mises en parallèle en redondanceactive avec by-pass automatique unique. Ici deuxunités d’ASI suffisent à fournir la puissance totaledemandée par la charge.

Fig. 5 : schéma d’une ASI fonctionnant en en attente passive dite « OFF-LINE ».

un groupe électrogène par exemple, il y a lechoix entre transmettre ces perturbations àl’utilisation ou décharger la batterie ! C’estpourquoi cette configuration est moins employéeque la précédente et est réservée à desapplications moyennement ou peu sensibles.

Notons qu’il est possible d’adjoindre à ceschéma une voie by-pass avec un commutateurcomme sur le schéma double conversion.

En fonctionnement normal, l’utilisation est alimentéedirectement par le réseau (cf. fig. 5 ). Lorsque latension du réseau sort des tolérances admissiblespar l’utilisation, le commutateur permet de continuerà alimenter l’utilisation à partir de l’onduleur.

Le commutateur est souvent un relais dont letemps de coupure est inférieur à 10 ms lors dutransfert de source car ce schéma esthabituellement réservé aux petites puissances.

Cette configuration convient à des utilisations peusensibles telles que les ordinateurs personnelspour lesquels le niveau de qualité de tension del’alimentation habituelle (réseau ou éventuellessources de remplacement), est jugé suffisant pourgarantir un bon fonctionnement des appareils.

La fonction principale de ce type d’ASI est donc depallier les absences de tension ou d’éventuelsdépassement des tolérances de tension prévues.

2.4 Associations d’ASI

c ASI mises en parallèleDe façon générale la mise en parallèle d’ASIpermet d’augmenter la puissance disponible.Cette disposition s’impose lorsque la puissancedemandée par l’utilisation dépasse la puissancemaximale disponible pour une ASI.Toutefois dans la majorité des cas, la miseen parallèle est utilisée pour augmenter ladisponibilité, ceci afin de pouvoir continuer àalimenter l’utilisation avec une ASI en défaut.

Afin de ne pas systématiquement associermise en parallèle et augmentation dedisponibilité, la norme CEI 62040-3 réserve leterme de « mise en parallèle » à l’augmentationde puissance. La mise en parallèle pouraugmenter la disponibilité est désignée par« ASI parallèle en redondance active ».

Dans ce cas la puissance totale des ASI enparallèle dépassera la puissance requise par lacharge d’au moins une unité d’ASI.

v Mise en parallèle en redondance active avecBy-pass unique (cf. fig. 6 ).


Le commutateur unique permet de transférerl’utilisation sur l’alimentation 2 en cas d’arrêt del’ensemble des unités d’ASI.

Ce commutateur unique est habituellementinstallé dans une cellule spécifique qui permeten outre de réaliser la mise en parallèle desunités d’ASI et d’assurer le câblage des départsvers l’utilisation.

v Mise en parallèle en redondance active avecune voie by-pass par unité d’ASI. Pour alimenterl’utilisation par l’alimentation 2, il faut commandersimultanément tous les commutateurs qui enpratique sont des contacteurs statiques (cf. fig. 7 ).

~= ~

=

Unité 1

Alim. 1

Alim. 2

Utilisation

C1

By-pass 1

~= ~

=

Unité 2

Alim. 1

Alim. 2

C2

By-pass 2

Unité n

Alim. 2

Utilisation

CS1

CS2

~= ~

=

Unité 1

Alim. 1

~= ~

=

Unité 2

Alim. 1

c ASI en redondance passive

En cas de défaillance de l’unité d’ASI enfonctionnement, l’unité d’ASI en attente est miseen service reprenant ainsi l’alimentation de lacharge. Cette configuration existe avec ou sansby-pass.

La figure 8 présente deux ASI doubleconversion identiques, le réseau de secours del’unité 1 est remplacé par l’unité 2, qui présenteune disponibilité bien supérieure à celle duréseau.

Fig. 7 : n ASI mises en parallèle en redondance activeavec une voie by-pass par unité d’ASI, ici n-1 unitésd’ASI suffisent à fournir la puissance totale demandéepar la charge.

Fig. 8 : exemple de deux ASI identiques enredondance passive avec by-pass.

2.5 Spécificités liées aux différents types d’ASI

Cet aperçu sur les différentes configurations d’ASImet en évidence les points essentiels suivants :c l’ASI se comporte comme récepteur pour la oules sources de tensions d’alimentation ;c l’ASI se comporte comme source vis-à-vis desutilisations ;c la tension en sortie des ASI est en principedisponible même en absence d’une ou plusieurssources d’alimention ;c les ASI présentent des circuits en courantalternatif et des circuits en courant continu ;

c dans certaines séquences de fonctionnementl’utilisation peut être alimentée directement parune des sources d’alimentation.

Par ailleurs la protection des personnes reposesur les schémas de liaison du neutre à laterre (SLT) qui nécessitent des dispositifs deprotection appropriés.

Selon les installations, les SLT en amont et enaval de l’ASI peuvent être identiques oudifférents.

2.6 Contraintes particulières

Présence d’isolement galvanique dans une ASISelon les cas, les ASI peuvent comporter destransformateurs dans différentes parties quiréalisent de fait des séparations galvaniques decertains circuits par rapport aux alimentions ouaux utilisations, ce qui nécessite l’examen descas suivants :

c avec ou sans isolement galvanique entre lesinstallations amont et aval, objet du chapitre 5,

c avec ou sans isolement galvanique entre labatterie et les circuits à courant continu d’unepart et les installations amont et aval d’autrepart, objet du chapitre 6.

La figure 9 page suivante, fait apparaître, pourle cas de la mise en parallèle en redondanceactive d’ASI de type double conversion,les différents emplacements possibles destransformateurs.


Ce cas est le plus complet puisque dans lesautres configurations certaines voies n’existentpas.

Les commutateurs ont été remplacés par lescontacteurs statiques (CS) habituellementutilisés.

Exigence de continuité de service

La recherche de la meilleure continuitéd’alimentation pour les récepteurs alimentés parl’ASI nécessite la sélectivité des protectionscontre les surintensités, que ces surintensitéssoient consécutives à un défaut entreconducteurs actifs ou à un défaut d’isolement.

De plus, le courant de court-circuit d’un onduleurétant relativement faible (de 2 à 3 fois le courantnominal), les protections doivent être définiesavec beaucoup d’attention.

Par ailleurs, la présence éventuelle de filtresd’antiparasitage, particulièrement pourl’alimentation des récepteurs de typeinformatique, doit être prise en compte dans ladéfinition des protections. En effet, ces filtrescomportent des condensateurs placés entreconducteurs actifs et terre qui peuvent

~= ~

=

Unité 1

Alim. 1TR

TB

TO

Alim. 2

Utilisation

CS1

~= ~

=

Unité 2

Alim. 1TR

TB

TO

Alim. 2 CS2

Unité n

Fig. 9 : les différents emplacements possibles destransformateurs pour le cas de la mise en parallèle enredondance active d’ASI de type double conversion.

provoquer des fonctionnements intempestifs desprotections différentielles (cf. Cahier TechniqueLes dispositifs différentiels résiduels, n° 114).


3 Protection contre les contacts directs

Les normes qui régissent la protection contre leschocs électriques sont :

c Pour l’installationv CEI 60364-4-41,v CEI 61140,v EN 61140,v NF C 15-100 partie 4-41,

c Pour les ensembles de série ou dérivés de série(appelés auparavant ensembles montés en usine)v CEI 60439-1,v EN 60439-1,

c Pour les ASIv CEI 62040-1-1,v EN 62040-1-1,v EN 62040-1-2.

La protection des personnes contre les risquesde contact direct avec une pièce normalementsous tension est assurée, lorsque les ASI(redresseur, onduleur et éventuellement d’autreséquipements tels un contacteur statique) sontinstallées dans des enveloppes (cf. fig. 10 ) ;le degré de protection de ces enveloppes devantêtre au minimum IP 2xx ou IP xxB (selon CEI etEN 60529).

En ce qui concerne les batteries d’accumulateurs,le respect de ces normes associé auxcontraintes de fonctionnement conduit à troismodes d’installation :

c Intégration des batteries avec les autresconstituants de l’alimentation statique (redresseur,onduleur, by-pass, interrupteur de transfert…)dans une cellule ; dans ce cas les batteries sontcompartimentées,

c Installation des batteries dans des armoiresséparée.

Fig. 10 : ASI assurant la protection des personnescontre les risques de contact direct avec un degréIP 215 (ASI Galaxy 3000, source MGE-UPS).

c Regroupement des batteries dans des locauxspécialisés (délimités par les cloisons d’unbâtiment ou l’enveloppe d’une armoire) réservésà un service électrique.

De plus, les risques inhérents aux batteriesd’accumulateurs (dégagements gazeuxexplosibles, substances corrosives), imposentdes conditions particulières d’installation.


4 Protection contre les contacts indirects

Par contacts indirects il faut comprendre, selon lesnormes CEI 60364-4-41 et NF C 15-100 partie4-41, les contacts de personnes ou d’animauxavec des masses mises accidentellement soustension par suite d’un défaut d’isolement.

Généralement cette protection est réalisée par :c l’interconnexion et la mise à la terre des massesmétalliques d’une installation (équipotentialité) ;

c l’élimination d’un défaut dangereux pour lespersonnes (et les biens) par un dispositif deprotection dont le choix dépend des schémasde liaison du neutre à la terre (cf. § 1.1).

La sécurité peut être aussi obtenue par l’emploid’autres méthodes (classe II, séparationélectrique…) généralement non appliquéesdans les installations comportant des ASI.

4.1 Choix du schéma des liaisons à la terre en aval de l’ASI

Tous les SLT normalisés peuvent, a priori, êtreretenus car ils sont équivalents en ce quiconcerne la protection des personnes.Toutefois il est important de connaître leursprincipales caractéristiques d’exploitation

avant de faire un choix définitif (cf. fig. 1).De plus, la mise en œuvre des schémas desliaisons à la terre, selon leur situation relative parrapport aux ASI (amont et aval) obéit à d’autresexigences, d’où les deux sous-chapitres suivants.

4.2 Lorsque le SLT en amont de l’ASI est en TN-C

Le PEN, conducteur de protection et de neutre,ne peut jamais être interrompu. La continuité duconducteur de neutre est toujours assurée.

4.3 Lorsque le SLT en aval de l’ASI est différent du SLT en amont

Tout changement de SLT, excepté le passage duTN-C amont au TN-S ou TT aval, nécessite uneséparation galvanique totale des circuits concernés.En présence d’une ASI, cette séparation, constituée

Transformateur en amont

Transformateur en amont de l'ASI

Transformateur en aval de l'ASI

Transformateur en aval

Transformateur dans voie by-pass

Transformateurs internes

a -

Chaîne RBO isolée

b -

Chaîne RBOnon isolée

Chaîne RBOnon isolée

ASI nonisolée

ASIisolée

ASI nonisolée

Voie by-pass

ou directe

Voie by-pass

ou directe

Fig. 11 : les différentes façons d’isoler galvaniquement les réseaux amont et aval d’une ASI,[a] ASI sans voie by-pass ou sans voie directe et ASI réversible (en interaction directe avec le réseau),[b] Asi avec voie by-pass ou avec voie directe.

par un ou plusieurs transformateurs à enroulementsséparés, peut être réalisée de différentes façonsselon le nombre de voies et la présence detransformateurs à l’intérieur de l’ASI (cf. fig. 11 ).

Le schéma aval peut donc être TN-C, TN-S ouTT sans aucune disposition particulière.


Dans le cas des ASI à chaînes RBO isolées(redresseur - batterie - onduleur), il peut y avoirun ou plusieurs transformateurs. De ce fait lescircuits à courant continu et la batterie peuventêtre isolés de l’amont ou de l’aval ou complètementisolés. Parmi les nombreux schémas, les schémas

présentés ici mettent en évidence les principesappliqués pour la mise en œuvre des SLT d’uneinstallation comportant des ASI. La connaissancede ces principes est indispensable pour lacompréhension et l’analyse des offres des différentsconstructeurs vis-à-vis d’un besoin particulier.

4.4 Lorsque les SLT en amont et en aval de l’ASI sont identiques

Il convient de distinguer les deux cas suivants :c le schéma amont est en TN-C,c les schémas amont et aval sont TN-S, TT ou IT.

Les schémas amont et aval sont TN-C

Comme pour le cas général du paragraphe 4-2avec un schéma TN-C en amont il n’y a pas dedisposition particulière.

Les schémas amont et aval sont TN-S, TT ou IT

Dans ces cas, lors du fonctionnement d’undispositif de protection ou pour une opération demaintenance, le conducteur neutre en amont del’ASI peut être interrompu ou sectionné.

c Lors de cette interruption, si une séparationgalvanique n’est pas assurée sur toutes lesvoies, le schéma aval est un schéma IT, quelque soit le schéma amont.D’où pour les schémas TN-S et TT :v il est nécessaire de s’assurer de lacompatibilité des équipements avec le schémaIT, notamment de la tenue en tension descondensateurs prévus pour satisfaire auxexigences de Compatibilité Electromagnétique -CEM. En effet, ces condensateurs quisupportent la tension simple dans les schémasavec neutre à la terre, risquent de devoirsupporter une tension composée lors d’un défauten schéma IT. Lors d’un défaut d’isolementd’une phase par rapport à la terre, le potentieldes autres phases par rapport à la terrecorrespond aux tensions entre phases.Cependant pour les opérations de maintenance,généralement de courte durée, la probabilitéd’apparition d’un défaut est très faible ; c’estpourquoi il est couramment accepté que lescondensateurs ne tiennent pas cette tensioncomposée.v il convient de vérifier que les conditions deprotection contre les contacts indirects sontsatisfaites, non seulement pour le schéma TN-Sou TT, mais également pour le schéma IT : celarevient à s’assurer en schéma IT que le courantlors du défaut double est suffisant pour provoquerl’ouverture des protections (NF C 15-100, partie 4§ 411-6-4 et CEI 60364, partie 4 § 413-1-5-5)

v il est nécessaire d’assurer la protection duconducteur neutre en utilisant une détection desurintensité entraînant la coupure de tous lesconducteurs actifs y compris le neutre(NF C 15-100 et CEI 60364, partie 4 § 431-2).v pendant cette période de fonctionnement lasurveillance de l’isolement n’est pas réaliséemais la protection des personnes reste bienassurée. Toutefois la durée de cet état estnormalement courte puisque l’ouverture d’undispositif de protection est la conséquence d’undéfaut qui est rapidement réparé. De plus, si lasélectivité est correctement calculée, l’ouverturedu dispositif de protection ne doit concerner quele départ en défaut et non les autres départs.C’est pourquoi les normes n’imposent pas deCPI sur les installations normalement exploitéesen TN-S ou en TT qui comportent une ASI seloncette configuration.Pour le schéma IT, le fonctionnement reste avecle même schéma, mais la surveillance del’isolement n’est pas assurée pendant la périodede coupure du neutre en amont.

c Si une séparation galvanique complète existeentre l’amont et l’aval de l’ASI les différents casdes figures précédentes avec des SLT amont etaval différents s’appliquent :Le schéma des mises à la terre doit êtrereconstitué en aval de l’ASI :v en schéma TN-S ou TT, par la liaison directed’un point à la terre en aval de cette séparationgalvanique,v en schéma IT, par l’installation d’un nouveaucontrôleur permanent d’isolement.La séparation galvanique complète estrecommandée pour obtenir une meilleureprotection contre les perturbations présentes surles alimentations amont.


4.5 Précision sur la mesure de protection par coupure automatique de l’alimentation(NF C 15-100 partie 4 § 411 et CEI 60364 partie 4 § 413-1)

Lorsque les circuits d’utilisation en aval de l’ASIpeuvent être alimentés directement par la sourcenormale ou de remplacement (ASI avec circuitby-pass ou ASI « OFF-LINE »), il convient devérifier les conditions de protection contre lescontacts indirects, conformément à ces normesen prenant en compte les caractéristiques de lasource normale (Alimentation 1) et le cas échéant,de la source de remplacement (Alimentation 2).

De plus, dans tous les cas, il convient de vérifierles conditions de protection, lorsque les circuitssont alimentés par l’onduleur, en tenant comptedes caractéristiques de fonctionnement de cedernier, fournies par le constructeur.

Il faut en particulier connaître le courant maximumque peut fournir l’onduleur pour des surchargespouvant aller jusqu’au court-circuit et la duréependant laquelle l’onduleur peut fournir ce courant.

Habituellement le constructeur indique quelssont les dispositifs et leurs calibres pour assurercette protection.

Deux recommandations pratiques

c Afin de ne pas perturber l’utilisation pendant lefonctionnement des protections, il est recommandéd’utiliser des disjoncteurs rapides limiteurs oudes fusibles ultra rapides.

c Afin d’avoir des protections opérationnelles, lecourant de court-circuit d’un onduleur étant limité

à des valeurs de 2 à 3 fois son courant nominal,il est recommandé de subdiviser au maximumles départs afin que le rapport entre le courantde défaut pour un départ et le courant dedéclenchement du dispositif de protection soit leplus grand possible.

Ainsi avec 4 départs identiques, et un courant decourt-circuit de l’onduleur égal à 2,5 fois soncourant nominal, ce courant ramené à un départvaut 10 fois son courant assigné.

Cas particulier des ASI de faible puissanceconnectées au réseau normal par prise decourant

Les ASI de faible puissance sont celles depuissance inférieure à 3 kVA qui sontconnectées par prise de courant monophaséede courant assigné maximal 16 A. Elles nedoivent pas alimenter une installation fixe.Lorsque le cordon est débranché, le conducteurde protection PE est interrompu et l’alimentationdes circuits d’utilisation est assurée à partir de labatterie d’accumulateurs de l’ASI.

L’installation peut être considérée comme defaible étendue et à potentiel flottant. Laprotection est alors assurée par l’équipotentialitéentre les différents matériels desservis. Cecinécessite que les prises de courant en aval desASI comportent un contact de terre.

4.6 Protection contre les retours de tension en entrée

Les normes ASI CEI et EN 62040-1-1 et62040-1-2 demandent à ce qu’il y ait uneprotection contre un retour de tension en entrée.

c Pour les ASI de petite puissance raccordéespar prise, cette exigence est particulièrementjustifiée du fait que lorsque le cordon estdébranché, l’apparition d’une tension sur lesfiches males peut être dangereuse pour lespersonnes ou les animaux.

c Pour les ASI à poste fixe, cette mesure sejustifie pour des raisons de maintenance,lorsque le personnel intervient en amont del’ASI. Ce dispositif peut être incorporé àl’équipement ou installé à l’extérieur.

Dans ce dernier cas, le constructeur doitspécifier le type de dispositif d’isolation qui doitêtre utilisé.

De plus une étiquette portant la mention« ISOLER L’ALIMENTATION SANSINTERRUPTION AVANT DE TRAVAILLERSUR CE CIRCUIT » doit être apposée parl’utilisateur sur tous les dispositifs d’isolationinstallés dans une zone éloignée de l’ASI.


5 Application

5.1 Application aux ASI unitaires

Les schémas de liaison à la terre en amont eten aval sont différents

c ASI avec isolement galvanique : l’ASI intègrealors un transformateur sur chacune de ses voies.

Dans les schémas qui suivent le transformateura été placé en amont de la chaîne RBO, c’estpourquoi il est noté TR (comme transformateurdu redresseur). Il est aussi possible d’obtenir unisolement galvanique de cette voie avec untransformateur placé en aval de l’onduleur (TO).v Schéma TT : Le neutre de l’utilisation est relié àla terre au niveau du bornier aval de l’ASI (cf. fig. 12 )

A

B

Cb DTB

TR

CS

E

F

G

U3

U2

U1

RBOC

La protection des personnes est réalisée àl’aide d’un DDR associé à un disjoncteur, soitglobalement, soit individuellement sur chaquedépart.v Schéma TN : Le neutre de l’utilisation est reliéà la terre au niveau du bornier de l’ASI.La protection des personnes est normalementassurée par les protections de surintensités.

Si le SLT de l’utilisation est en TN-C, leconducteur commun de protection et deneutre PEN est distribué à partir de ce bornier(cf. fig. 13 ).

A

B

Cb DTB

TR

CS

E

F

G

U3

U2

U1

PEN

RBOC

Fig. 12 : SLT TT en aval (SLT amont indifférent - TT, TN ou IT).

Fig. 13 : SLT TNC en aval (SLT amont indifférent - TT, TN ou IT).


Si le SLT de l’utilisation est en TN-S, ce qui estle cas le plus fréquent, le conducteur deprotection et le neutre sont reliés à la mêmeprise de terre au niveau du bornier de l’ASI(cf. fig. 14 ). Des DDR peuvent alors être placés,si nécessaire, sur les départs.v Schéma IT : Un CPI, connecté entre l’un desconducteurs actifs et la terre détecte les défautsd’isolement en aval de l’ASI (utilisation) ainsi queceux de l’ASI jusqu’aux transformateurs TR ouTO (cf. fig. 15 ). La protection des personnes, ausecond défaut est normalement assuré par lesprotections de surintensités.

c ASI sans isolement galvanique (n’intégrant pasde transformateur sur chacune des voies)

Sans isolement, les seules combinaisonspossibles sont le SLT TN-C en amont de l’ASIavec, en aval, les SLT TN-S ou TT (cf. fig. 16page suivante). En effet, il n’est pas nécessaire

de prévoir de transformateur supplémentairequel que soit le nombre et la position destransformateurs éventuellement présents dansl’ASI du fait de la continuité du conducteurcommun de protection et de neutre PEN.Dans ce cas le conducteur commun PEN estséparé en neutre et PE au niveau du bornier desortie de l’ASI.Le neutre est distribué avec le PE pour la partiede l’installation alimentée en TN-S, tandis quepour la partie alimentée en TT seul le neutre estdistribué, le PE étant distribué à partir d’uneterre locale.Si d’autres combinaisons de SLT amont et avalsont nécessaires, il faut se ramener au casprécédent en ajoutant un ou plusieurstransformateurs, éventuellement à l’extérieur del’équipement électronique lorsque l’ASI nedispose pas de transformateurs intégrés surchacune des voies.

U3

U2

U1

A

B

Cb DTB

TR

CS

E

F

G

PE

RBOC

U3

U2

U1

A

B

Cb DTB

TR

CS

CPI

E

F

GRBO

C

Fig. 14 : SLT TNS en aval (SLT amont indifférent - TT, TN ou IT).

Fig. 15 : SLT IT en aval (SLT amont indifférent - TT, TN ou IT).


c ASI double conversion avec transformateuronduleur TO

Ce type d’ASI avec un transformateur onduleur,sans isolement dans la voie by-pass est le pluscourant pour les ASI de moyenne et fortepuissance.Il nécessite donc la mise en place d’untransformateur TB dans la voie by-pass.v Schéma amont indifférent, schéma aval TT(cf. fig. 17 )Le neutre de l’utilisation est relié à la terre auniveau du bornier de l’ASI.La protection des personnes est réalisée àl’aide d’un DDR associé à un disjoncteur, soit

globalement, soit individuellement sur chaquedépart.v Schéma amont indifférent, schéma aval TN-SDans ce cas qui est le plus fréquent en TN,le conducteur de protection et le neutre sontreliés à la même prise de terre au niveau dubornier de l’ASI (schéma identique à lafigure 15).La protection des personnes estnormalement assurée par les protections desurintensité. Des DDR peuvent alors êtreplacés sur les différents départs si le courant dedéfaut est insuffisant pour atteindre le seuilde déclenchement des protections desurintensité.

~

= ~

==

=

CS

Schéma TNS

Schéma TT

Terre de l'utilisation en TT

PE

PEN

PE

~

= ~

=

CS

TO

TB

Fig. 16 : sans isolement galvanique, les combinaisons possibles sont le SLT TN-C en amont et les SLT TN-S ouTT en aval.

Fig. 17 : SLT amont indifférent, SLT aval TT.


v Schéma amont indifférent, schéma aval TN-C(cf. fig. 18 )Le neutre de l’utilisation est relié à la terre auniveau du bornier de l’ASI.La protection des personnes est assurée par lesprotections de surintensités.Le conducteur commun de protection et deneutre (PEN) est distribué à partir de ce bornier.v Schéma amont indifférent, schéma aval IT(cf. fig. 19 )Un CPI connecté entre l’un des conducteursactifs (ici le neutre) et la terre, détecte lesdéfauts d’isolement sur l’utilisation ainsi queceux de l’ASI jusqu’aux transformateursTB et TO.La protection des personnes, au second défaut,

est normalement assurée par les protections desurintensités.

c ASI double conversion n’intégrant pas detransformateur.Ce schéma autrefois réservé aux petitespuissances se rencontre de plus en plus enmoyenne puissance et commence à être utilisésur les fortes puissances.Dans le cas très général où il y a une voie normaleet une voie by-pass, il faut utiliser deux transfor-mateurs pour réaliser l’isolement galvanique enamont. Le schéma souhaité pour l’utilisation estreconstitué en aval de l’ASI comme dans lescas précédents.Les défauts internes de l’onduleur sont protégéspar les disjoncteurs en amont.

~

= ~

=

CS

TO

PEN

TB

~

= ~

=

CS

TO

TB

CPIPE

Fig. 18 : SLT amont indifférent, SLT aval TN-C.

Fig. 19 : SLT amont indifférent, schéma aval IT.


Cette disposition avec deux transformateurs sejustifie principalement pour deux raisons :- dans le cas où les deux sources de tensionalternative ne sont pas issues du même jeu debarres,- dans le but d’améliorer la disponibilité,puisqu’en cas de défaut sur un transformateur,ou sur une entrée, l’autre voie n’est pas affectée.La figure 20 en donne un exemple avec leschéma amont indifférent et schéma aval TT.Il est également possible de n’utiliser qu’un seultransformateur, en le plaçant en sortie.

Dans ce cas il est possible de reconstituer enaval du transformateur de sortie le SLT désiré(cf. fig. 21a ).

Le neutre en amont de l’ASI n’est utilisé que s’ilest nécessaire au fonctionnement de l’ASI.Le transformateur introduit une chute de tensionpar rapport à la sortie de l’ASI, qui peut êtregênante si le courant de l’utilisation comporte untaux élevé de distorsion et particulièrement avecl’harmonique 3. Dans ce cas il est possibled’utiliser un transformateur avec un secondaireen zig-zag pour réduire l’impédance homopolaire.

~

= ~

===

CS

TB

TR

Terre des transformateurs Terre de l'utilisation

PE

~

= ~

==

=

CS

TS

Terre de la source amont

a -

b -

Terre de l'utilisation

PE

~

= ~

==

=

CSTE

N

Terre du transformateur Terre de l'utilisationPE

Fig. 20 : avec les deux transformateurs TB et TR placés en amont (cas de 2 sources distinctes), les SLT amont etaval peuvent être différents.

Fig. 21 : avec un seul transformateur TS [a] ou TE [b] les SLT amont et aval peuvent être différents.


Une autre possibilité consiste à réguler la tensionau secondaire du transformateur, auquel cas celle-ci retrouve toutes les qualités de l’appareil initial.

Dans la mesure où les deux sourcesd’alimentation alternatives proviennent du mêmejeu de barres ce qui est le cas le plus fréquent, leschéma de la figure 21b page précédente avecun seul transformateur est également possible.

Ce cas correspond également à celui des ASI avecby-pass et une seule arrivée pour l’alimentationalternative à la différence près que le pontageentre les deux voies est fait à l’intérieur de l’ASI.

Les schémas de liaison à la terre en amont eten aval sont identiques, et il n’y a pasd’isolement galvanique.Le cas où il y a un isolement galvanique seramène aux cas précédents avec en amont lemême schéma qu’en aval. C’est pourquoi seul lecas où il n’y a pas d’isolement galvanique estdéveloppé ci-après.

c Pour le schéma TN-C

Il n’y a rien de particulier à faire du fait de lacontinuité du conducteur de neutre. Le schémaaval peut même être en TN-S ou TT, sansqu’aucune disposition particulière ne soitnécessaire, comme il a été vu au paragrapheprécédent.

L’exemple de la figure 22a illustre le cas duTN-C amont TN-C aval pour une ASI sanstransformateur.

c Pour les schémas amont et aval en TN-S,TT ou IT

Le sectionnement et la coupure du neutre enamont de l’ASI lors de certaines séquences,isole ce conducteur de la terre en aval de l’ASI.Cette disposition impose une réflexion particulièrepour assurer la sécurité des personnes intervenantsur la partie secourue de l’installation.La figure 22b relative au schéma TN-S illustrece cas.La solution souvent préconisée est d’assurerune séparation galvanique sur toutes les voies.Dans ces conditions, les schémas possiblessont ceux vus dans les cas précédents pourlesquels les schémas en amont étaientindifférents.Toutefois, le problème mérite d’être analysé :pendant cette période les conditions defonctionnement pour l’utilisation sont alors cellesdu schéma IT.v Pour les biens ou les personnes, ce mode defonctionnement ne présente pas de danger, àcondition de s’assurer que les conditions deprotection des personnes contre les contactsindirects sont satisfaites pour le schéma IT.

~

= ~

==

=

CS

~

= ~

==

=

CS

PEN

PEN

a -

b -

PE

N

Fig. 22 : sans isolement galvanique, SLT identiques en amont et en aval.


v Pour les appareils alimentés par l’ASI, ilsdoivent être prévus pour fonctionner avec ceschéma. En particulier, les condensateurs defiltrage pour la CEM, doivent pouvoir supporterla tension composée lors d’un défaut en schémaIT (voir le chapitre 4.2).

v En ce qui concerne l’absence de CPI, bien quele fonctionnement se trouve dans les conditionsdu schéma IT, le fait qu’il n’y ait pas de CPIn’apporte pas de gêne à l’exploitant. Cedispositif ne sert qu’à détecter le premier défaut,dans le but de pouvoir le réparer avant qu’undeuxième défaut n’entraîne la coupure del’alimentation.

Pour bénéficier de la meilleure continuité deservice en schéma IT, il est possible de placerun CPI en aval de l’ASI et de ne le mettre enfonctionnement que lorsque la tension en amontdisparaît. Le schéma de la figure 23 illustrecette possibilité d’où la présence du CPI 1.

Le CPI 2 est mis en service par l’intermédiairedu relais R2 seulement lorsque les tensions enamont de l’ASI ont disparues.Malgré l’absence de tension en amont de l’ASI,il est possible et même très probable que leconducteur neutre ne soit pas interrompu.L’ouverture d’un disjoncteur se fait soit surdéfaut, soit pour la maintenance.

Dans le cas où le CPI 2 risquerait d’être perturbépar le CPI 1, un relais R1 permet de le mettrehors service, lorsque la tension au secondairedu transformateur est nulle.

Par ailleurs dans le cas du schéma TN-S, selonles pays, la coupure du neutre n’est pas toujourspratiquée (voir le CT 173). Si le neutre n’est pascoupé, il n’y a pas de problème particulier et toutse passe comme pour le schéma TN-C.La seule différence est qu’il y a un conducteurde neutre et un PE au lieu d’avoir un PEN(cf. fig. 24 ).

Fig. 23 : SLT IT amont et aval, CPI2 mis en service par absence de tension amont.

Fig. 24 : SLT TN-S amont et aval.

~

= ~

==

=

CS

R1

CPI 1

CPI 2

R2

PE

N

~

= ~

==

=

CS

PE

N


Cas des ASI de petite puissance raccordéespar prise.Pour ces appareils, il n’y a qu’une arrivéeréseau, de ce fait les alimentations normale etby-pass (si elles existent) sont communes.

Par ailleurs la liaison à la terre est obtenue parl’intermédiaire du fil vert-jaune du cordon quiprésente toujours un risque de coupure ou dedébranchement de la prise.

A noter qu’insérer un transformateur d’isolementpour réaliser un SLT en aval de l’ASI différent duSLT en amont ne change pas ce risque.

Dans le cas très général, où les schémas amont etaval sont identiques, sans d’ailleurs que l’utilisateurles connaisse, il n’y a rien de particulier à faire ; lasécurité des personnes est assurée par l’équipo-tentialité des masses. Il faut donc que toutes lesprises en aval des ASI aient un contact de terre.

5.2 Application aux ASI mises en parallèle

Les schémas de liaison à la terre en amont eten aval des ASI sont différents

c ASI avec isolement galvanique

Lorsque l’ASI dispose de transformateurs surchacune des voies (ASI avec isolementgalvanique), il suffit de recréer en aval leschéma souhaité, comme dans le cas des ASIunitaires.Dans le schéma de la figure 25 les transformateursont été placés en amont des chaînes RBO, c’estpourquoi il est noté TR (comme transformateurdu redresseur). Il aurait été possible d’obtenir unisolement galvanique de cette voie avec untransformateur dans l’onduleur (TO).

c ASI sans isolement galvanique

Si les ASI n’ont pas un isolement complet, il fautrajouter des transformateurs d’isolement sur lesvoies qui n’en ont pas.Il est possible d’utiliser un seul transformateurpour l’ensemble des alimentations 1 ainsi qu’unseul transformateur pour l’alimentation 2.

Lorsque la mise en parallèle est utilisée pouraméliorer la fiabilité, il est toutefois déconseilléd’utiliser un seul transformateur pour l’ensembledes alimentations 1, car il constitue un nœud defiabilité.Pour l’alimentation 2, un seul transformateursuffit normalement car sa fiabilité est grande parrapport à celle du réseau.Lorsque le secours est unique et réalisé avec unNS, ce qui est la solution optimale pour lafiabilité, un seul transformateur pourl’alimentation 2 est nécessaire.La mise en parallèle d’appareils unitaires avec lamise en parallèle des CS, autorise plusieurschemins pour les courants de neutre et de phasedes circuits d’alimentation. Elle présente donc lerisque d’une surcharge de certains conducteurs.La maîtrise de la répartition des courants danschacun des conducteurs n’étant pas aisée, lasuppression de ce risque est le plus souventréalisée avec l’emploi d’un seul câble jusqu’auvoisinage des ASI.

Fig. 25 : l’isolement galvanique créé par les transformateurs placés en amont autorise des SLT différents,en amont et en aval des ASI.

A

B

Cb DTB

TR

CS

E

F

G

PERBO

Unité n

TRG

RBO

Unité 2

Unité 1

U3

U2

U1

(*) Utilisation sans exigence de continuité

(*)


v Cas du contacteur statique unique- Cas d’ASI avec transformateur onduleur (TO)La figure 26 illustre le cas du schéma TN-S enaval, et indifférent en amont.Dans ce cas il suffit de rajouter un transformateurdans la voie by-pass (TB) pour obtenir l’isolementcomplet. Cette disposition s’applique aussi bien àl’augmentation de puissance qu’à la redondanceactive.- Cas d’ASI sans transformateurDans ce cas, il faut ajouter un transformateurdans chacune des unités d’ASI ainsi que le

transformateur sur la voie by-pass TB (cf. fig. 27 ).Il est préférable de placer les transformateurs enamont des redresseurs (TR) plutôt qu’en avaldes onduleurs afin de préserver la qualité de latension de sortie des onduleurs.

Si la mise en parallèle ne sert qu’à augmenter lapuissance, il est possible de n’utiliser qu’un seultransformateur TR en amont des redresseurs.

v Cas des mises en parallèle avec une voie by-pass par unité d’ASI.De façon générale il faut placer destransformateurs sur les voies qui n’en ont pas.

A

B

Cb DTB

TO

CS

E

F

G

PERBO

Unité n

TOG

RBO

Unité 2


Unité 1

U3

U2

U1

(*)

A

B

Cb DTB

TR

CS

E

F

G

PERBO

Unité n

TRG

RBO

Unité 2

Unité 1

U3

U2

U1


(*)

Fig. 26 : un transformateur dans la voie by-pass (TB) permet d’obtenir l’isolement complet d’un ensemble d’ASIavec transformateur onduleur (TO), autorisant ainsi des SLT différents, en amont et en aval des ASI.

Fig. 27 : les transformateurs en amont des redresseurs (TR) permettent d’obtenir l’isolement complet d’unensemble d’ASI sans transformateur et autorisent ainsi des SLT différents, en amont et en aval des ASI, tout enpréservant la qualité de la tension de sortie.


- Cas d’ASI sans transformateur d’isolementDans ce cas et lorsqu’il s’agit d’une mise enparallèle redondante il faut placer destransformateurs sur chacune des voies.Comme dans l’exemple précédent, lestransformateurs en amont des redresseursTR sont préférables aux transformateurs enaval des onduleurs TO pour préserver laqualité de la tension délivrée par les onduleurs(cf. fig. 28 ).Pour une augmentation de puissance, il estpossible d’utiliser un transformateur pour les

redresseurs et un transformateur pour les voiesby-pass, et même d’utiliser un seultransformateur pour l’ensemble ( cf. fig. 29 ).Dans ce cas toutefois il faut veiller à ce que larépartition des courants dans les différentesvoies by-pass soit correcte dans les conducteursdes phases et de neutres.

Si pour des raisons fonctionnelles le neutre estnécessaire pour le fonctionnement desredresseurs le problème devient encore un peuplus délicat car il y a alors deux fois plus deneutres disponibles.

Fig. 28 : mise en parallèle d’ASI, chacune alimentée par un transformateur (TR) et ayant chacune une voie by-pass précédée d’un transformateur (TB) afin d’obtenir l’isolement galvanique complet de l’ensemble et ainsiautoriser des SLT différents, en amont et en aval des ASI, tout en préservant la qualité de la tension de sortie.

Fig. 29 : un seul transformateur placé en amont offre l’isolement galvanique complet de l’ensemble indispensablepour autoriser des SLT différents en amont et en aval des ASI mises en parallèle ayant chacune une voie by-pass.

A

BCb

C

C

DTB

TR

CS

E

F

PE

RBO Unité 1

U3

U2

U1

Cb DTB

TR

CS

E

F

RBO Unité 2


(*)

A

B

Cb

C

C

DCS

E

F

PE

RBOUnité 1

U3

U2

U1

Cb DCS

E

F

RBOUnité 2


(*)


c Cas du schéma TN-C amont avec schémaaval TN-S ou TTComme pour les appareils unitaires il n’y a pasde précaution particulière du fait de la continuitédu neutre (cf. fig. 30 ).

Les schémas de liaison à la terre en amontet en aval sont identiques, et il n’y a pasd’isolement galvanique

Comme pour les ASI unitaires, le cas où il y aun isolement galvanique ou que cet isolementgalvanique est souhaité pour limiter lesperturbations hautes fréquences transmises par lesalimentations ou pour éviter les inconvénientspossibles du fonctionnement en schéma IT

pendant l’interruption du neutre, la situation estidentique au cas précédent avec en amont lemême schéma qu’en aval. C’est pourquoi seul lecas où il n’y a pas d’isolement galvanique estdéveloppé ci-après.

c Pour le SLT TN-C

Il n’y a rien de particulier à faire du fait de lacontinuité du conducteur de neutre.Le SLT aval peut même être en TN-S ou TT,sans qu’aucune disposition particulière ne soitnécessaire, comme il a été vu au chapitre 2.La figure 31 illustre le cas du TN-C amont TN-Caval pour une mise en parallèle redondanted’ASI sans transformateur.

A

B

Cb

C

C

DCS

E

F

PE

PEN

RBOUnité 1

U3

U2

U1

Cb DCS

E

F

RBOUnité 2


(*)

A

B

Cb

C

C

DCS

E

F

PE

PEN

RBOUnité 1

U3

U2

U1

Cb DCS

E

F

RBOUnité 2


(*)

Fig. 30 : SLT amont et aval différents, TNC amont et TNS aval.

Fig. 31 : SLT amont et aval identiques.


c Pour les SLT TN-S, TT ou ITComme pour les ASI unitaires, la seule difficultéprovient de la coupure possible du conducteurde neutre.Les remarques faites précédemment restentvalables et les mêmes dispositions sontapplicables.v Exemple de la mise en parallèle d’unitésd’ASI avec transformateur onduleur (TO) etCS unique (NS)La figure 32a illustre ce cas pour le schémaTN-S en amont et en aval.Dans ce cas s’il y a coupure du neutre (parexemple lors de l’ouverture d’un disjoncteuramont B ou Cb) le SLT aval devient IT, laprotection des personnes est assurée et le CPIn’est pas obligatoire comme expliqué dans leparagraphe 4.3.

Dans certains cas des précautions sont àprendre, en particulier avec le schéma TT aveclequel des déclenchements intempestifs de DDRpeuvent se produire lorsque des câbles setrouvent en parallèle.v Exemple de la mise en parallèle d’appareilssans isolement avec une voie by-pass par unitéd’ASI.La figure 32b illustre le cas du schéma TTamont et aval.Du fait de la mise en parallèle des deux voiesby-pass, les courants dans les conducteurs dephase et de neutre des deux voies serépartissent en fonction des impédances desconducteurs et des contacteurs statiques. Lasomme des courants pour chacune des voiesn’est pas nulle ce qui risque de faire déclencherles DDR s’ils sont placés sur ces voies.

A

B

Cb D

TO

CS

E

F

G

PE

RBO

Unité n

TOG

RBO

Unité 2


Unité 1

U3

U2

U1

A

(*)

a -

b -

B

Cb

C

C

DCS

E

F

PE

RBOUnité 1

(*)

U3

U2

U1

Cb DCS

E

F

RBOUnité 2

Fig. 32 : exemples de la mise en parallèle de plusieurs unités d’ASI, [a] TN-S en amont et en aval avec transformateuronduleur (TO) et un seul contacteur statique, [b] TT amont et aval sans isolement avec un by-pass par unité.


La solution consiste donc à placer un seul DDRcommun en tête des deux voies ; ce DDR agitsur le disjoncteur commun B.Il est à noter qu’avec la mise en parallèle d’unitésd’ASI avec un seul CS, ce problème est inexistant.

Cependant, le nombre de configurationspossibles étant important, il est recommandé dedemander aux constructeurs de préciser quellessont les précautions à prendre ainsi quel’appareillage associé.

5.3 Application aux STS

Principe et difficulté

Les STS -Static Transfer Switches- sont desdispositifs de transferts statiques de sources(cf. fig. 33 ).Ils permettent d’améliorer la disponibilité del’énergie pour des utilisations particulières quipeuvent être alimentées à partir de 2 sourcesdifférentes.

Les figures qui suivent illustrent les cas desdifférentes possibilités de SLT aval pour desschémas amont indifférents.

c Schéma aval TT (cf. fig. 34a ci-contre)Les neutres des deux transformateurs sont reliéset reliés à une terre locale.Ce neutre commun est celui de l’utilisation, et letransfert de sources se fait à l’aide de CStriphasés, le neutre n’étant pas commuté.Le conducteur de protection PE de l’utilisationest relié à la terre locale de l’utilisation.

c Schéma aval TN-S (cf. fig. 34b ci-contre)Les neutres des deux transformateurs sont reliésà la terre de l’utilisation.Ce neutre commun est celui de l’utilisation, et letransfert de sources se fait à l’aide de CStriphasés, le neutre n’étant pas commuté,comme dans le cas du schéma TT.Le conducteur PE est relié à cette terre.

c Schéma aval TN-C (cf. fig. 34c ci-contre)Les neutres des deux transformateurs sont reliésà la terre de l’utilisation.A partir de cette prise de terre le conducteurcommun de protection et de neutre est distribué.Le transfert de sources se fait à l’aide de CStriphasés, le neutre n’étant pas commuté surtoutdans ce cas où il est interdit de l’interromprepuisqu’il sert aussi de conducteur de protection.

c Schéma aval IT (cf. fig. 34d ci-contre)Les neutres des 2 transformateurs sont reliésmais isolés de la terre.Le conducteur PE est tiré à partir de la terre locale.Un CPI est connecté entre le neutre commun et laterre pour surveiller l’isolement de l’installation.Dans le cas où les sources ont le mêmeschéma, et que l’utilisation a un schémadifférent, il est évidemment possible d’utiliser ladisposition précédente, mais il est égalementpossible de n’utiliser qu’un seul transformateur.Il faut toutefois que les neutres des deuxsources soient reliés à la même terre. Dans lecas du schéma IT, les neutres sont évidemmentisolés de la terre. Ils doivent être reliés ensemblesi un seul CPI contrôle l’installation.Un peu moins intéressante sur le plan de ladisponibilité, puisque le transformateur communest un nœud de fiabilité, cette disposition àl’avantage d’être plus économique.Dans ce cas, le schéma aval est réalisé ausecondaire du transformateur.Le transfert de source se fait également entriphasé, le neutre n’étant pas utilisé.

Source 1 Source 2

Utilisation

Fig. 33 : commutation de l’alimentation d’une charge parcontacteurs statiques entre deux sources distinctes.

Au départ une des sources est affectée àl’utilisation. En cas de défaillance de cettesource, un transfert est réalisé par descontacteurs statiques pour que l’utilisationcontinue d’être alimentée par l’autre source.Les deux sources ainsi que l’utilisation n’ont pasforcément le même schéma de liaison du neutre.Lorsque les schémas des deux sources et del’utilisation sont identiques, les conducteurs deneutre présentent une difficulté : s’ils sont reliés,ils risquent d’être traversés par des courantsimportants, et s’ils ne le sont pas il faut lescommuter lors des transferts de source.Cette commutation peut se faire sansrecouvrement, c’est-à-dire avec coupure del’alimentation ou avec recouvrement pour évitercette coupure. Mais alors un courant transitoirepeut s’établir et provoquer, par exemple,l’ouverture de DDR s’il y en a, voire dedisjoncteurs si le courant d’échange est important.Dans le cas où les SLT amont et aval sontdifférents, la situation est plus simple car il faututiliser un ou plusieurs transformateurs etréaliser le schéma souhaité en aval du dispositif.La commutation ne fait alors intervenir que lesconducteurs de phase.

Les schémas amont et aval sont différents

Dans le cas très général où les deux sources etl’utilisation ont des SLT différents la solutionconsiste à utiliser deux transformateursd’isolement.


a - Schéma aval TT

CS

PE

UtilisationTerre de l'utilisation

CS

b - Schéma aval TNS

CS

PE

Utilisation

CS

c - Schéma aval TNC

CS

PEN

Utilisation

CS

d - Schéma aval IT

CS

PE

Utilisation

CS

CPI

Fig. 34 : SLT amont indifférents, avec SLT aval [a] TT, [b] TN-S, [c] TN-C, [d] IT.


La figure 35 indique comment les connexionssont réalisées dans le cas d’un schéma TTamont et TN-S aval.La figure 36 indique comment les connexionssont réalisées dans le cas d’un schéma IT amontet TN-S aval.Ici les deux CPI contrôlent l’isolement parrapport à la même terre à laquelle est raccordéle conducteur de protection PE.

c Cas particulier du schéma TN-C amont etTN-S aval (cf. fig. 37 page suivante)Cette fois le transformateur n’est pas nécessairedu fait de la continuité du neutre.

Le conducteur PEN est séparé en N et PE auniveau du bornier de sortie du STS.

Les schémas amont et aval sont identiques

Il n’y a pas d’inconvénient à utiliser destransformateurs comme précédemment, mais ilest possible de s’en dispenser en prenant lesprécautions qui suivent.

c Pour tous les SLT, excepté le schéma IT,les neutres des transformateurs doivent êtrereliés à la même prise de terre afin que leSTS et l’utilisation aient le même conducteurde protection PE que les sources.

CS

PEUtilisation

Terre des transformateurs

Terre du SLT


CS

CS

PE

PE

PE

PE

Utilisation

Terre des sources


CS

CPI 2CPI 1

Fig. 35 : cas de SLT TT amont et TN-S aval.

Fig. 36 : cas de SLT IT amont et TN-S aval.


CS

PE

PEN

Utilisation


CS

CS

PEN

Utilisation


CS

Si cette liaison n’est pas réalisée, le PE utilisépour le STS et son utilisation appartiennentseulement à l’une des sources, ce qui ne permetpas de garantir le fonctionnement correct desprotections en cas de défaut d’isolement.Si cette disposition n’est pas possible, il faut auminimum interconnecter les terres des deuxsources au niveau des tableaux BT amont.

c Pour le schéma IT et pour la même raison, laprise de terre des deux sources doit être lamême. Par ailleurs il est souhaitable que lesneutres des transformateurs soient reliés afind’éviter de brusques variations de potentiel des

conducteurs actifs de l’utilisation lors destransferts de source. Ceci implique quel’ensemble de l’installation soit surveillé par unseul CPI.

c Si le neutre n’est pas distribué en aval, il suffitde faire des transferts tripolaires comme pour lescas précédents.Si le neutre est distribué en aval, il convient decommuter également ce conducteur sauf dansle cas du schéma TN-C pour lequel le neutre etle conducteur de protection sont confondus.Le cas de cette disposition est représenté dansla figure 38.

Fig. 37 : cas de SLT TN-C amont et TN-S aval.

Fig. 38 : avec le SLT TN-C, il n’est pas nécessaire de commuter le Neutre même s’il est distribué en aval.


Pour les autres cas, la commutation du neutrese justifie en raison des courants de circulationimportants qui peuvent siéger dans ceconducteur s’il est relié de façon permanenteaux deux sources (cf. fig. 39 ).

CS CS

CS CS

In1-Ic1-Ic2 In2+Ic1+Ic2

In1-Ic1 In2+Ic1

Ic1+Ic2

Ic2

Ic1

In1 In2

Utilisations 1 sans exigence d'exploitation

Utilisations A avec continuité de service

Alimentation 1normale

Alimentation 2normale

Utilisations B avec continuité de service

Utilisations 2 sans exigence d'exploitation

Il faut donc commuter les neutres, et pour cela ily a deux possibilités :

1- Cette commutation se fait sans recouvrement.Il n’y a alors pas de mise en parallèle de cesconducteurs même de façon transitoire, mais letemps de transfert peut dépasser 10 ms.De plus, il y a un court instant pendant lequel lepotentiel du neutre de l’utilisation du STSconcerné est indéterminé, et le maintien del’équilibre des tensions simples n’est plusgaranti. Il faut donc s’assurer que cesperturbations sont acceptables pour l’ensembledes appareils alimentés.

2- Cette commutation se fait avec recouvrement.Le transfert est plus rapide (quelques ms) et lepotentiel du neutre de l’utilisation reste fixépendant la commutation. Pour garantir cerecouvrement des neutres, une des solutionspossibles est de placer, en parallèle avec lesthyristors de chaque CS, un contacteur qui enassure la continuité. En effet, si le courants’annule dans l’un des thyristors du CS duneutre, la mise en conduction du thyristorinverse ne peut se faire que lorsque la tension àses bornes a atteint une valeur suffisante, ce quisignifie que le potentiel du neutre est différent decelui de la source.De plus, un courant d’échange transitoireapparaît, et il faut s’assurer qu’il est sansinconvénient pour l’installation en particulierdans le cas du schéma TT avec les DDR qui« voient » ce courant. Ceux-ci, pour ne pasdéclencher intempestivement, doivent avoir unseuil approprié ou une temporisation (cf. fig. 40 ).

Sur le schéma ci-dessus, les utilisations 1 et 2,sans exigence d’exploitation, font circuler dans leneutre des courants In1 et In2.

Si les neutres sont reliés de façon permanente, il ya des courants de circulation entre ces deuxconducteurs, puisqu’il y a deux chemins possiblesde retour vers les sources.

Si les courants In1 et In2 sont très différents, lescourants de circulation peuvent avoir des valeursimportantes et même dépasser dans certains casles calibres des STS.

Si le schéma commun est en TN-S ou IT, lesprotections contre les surcharges fonctionneront,mais au détriment de la continuité de service !

En TT, ce sont les DDR qui voient un couranthomopolaire permanent, même sur lesdisjoncteurs de tête des sources.

Fig. 39 : hors le cas des SLT TN-C, la commutationdu neutre se justifie en raison des courants decirculation importants qui peuvent parcourir ceconducteur.

Fig. 40 : dispositif différentiel super immunisé type siE(Interrupteur différentiel ID, marque Merlin Gerin).


6 Protection contre les contacts indirectspour les circuits CC et la batterie

La batterie, réserve d’énergie indispensable àune ASI statique, doit être isolée de la terre, carce mode d’exploitation favorise la continuité deservice.En l’absence de transformateur, et du fait del’emploi de semi-conducteurs dans les ASIstatiques, il existe une continuité électrique entrel’installation amont, l’ASI et l’installation aval,d’où :c un défaut d’isolement des circuits CC peut êtredétecté par les dispositifs de protection desinstallations amont et aval ;c ces dispositifs de protection peuvent êtreperturbés par la présence d’un défautd’isolement sur les circuits CC.

Mais dans certaines séquences defonctionnement, la batterie et les circuits àcourant continu peuvent être complètementisolés des installations amont et aval.Selon la CEI 60364 et la NF C 15-100, uncontrôle spécifique de ces circuits n’est pasobligatoire si :c une équipotentialité entre les élémentsconducteurs du bâtiment et les masses existe cequi est le cas lorsque la batterie et les circuits à

courant continu sont dans le même local, dansdes armoires électriques ou dans la mêmearmoire que les autres composants de l’ASI(équipotentialité locale de l’ASI) ;c si l’installation est faite en cohérence avec lechapitre 413-2 de CEI 60364-4-41 ou duchapitre 412 de la NF C 15-100 (par exempleisolation supplémentaire par liaison de classe IIlorsque la batterie est éloignée du reste del’alimentation).

De plus dans les autres cas, les conditionsimposées à l’installation ( CEI 60364-5-55 etNF C 15-100 §554-2) de la batterie et de saconnexion jusqu’au disjoncteur « batterie »,rendent le risque de défaut hautementimprobable ; ce qui est considéré commesuffisant pour assurer la protection despersonnes contre les contacts indirects sur cetteportion d’installation.

Il reste donc à examiner les moyens à mettre enœuvre pour assurer la protection des personnessur la partie d’installation CC qui peut présenterdes risques ; cette partie étant délimitée par leredresseur, l’onduleur et le disjoncteur« batterie ».

6.1 Dispositifs de contrôle des circuits CC

Comme indiqué précédemment, la batteried’accumulateurs d’une ASI est à polarités isolées.Aussi les contrôleurs permanents d’isolement« CPI » sont les dispositifs les plus employéspour surveiller les circuits CC, mais selon lesschémas de liaison du neutre des installations enalternatif les DDR peuvent également être utilisés.

Les contrôleurs permanents d’isolementc Contrôleur permanent d’isolement à injectionde courant à basse fréquence (2, 5 ou 10 Hz)(cf. fig. 41 )Son principe : il applique une source de tensionalternative à basse fréquence entre une despolarités des circuits CC et la terre ; l’apparitiond’un défaut d’isolement sur les circuits CC faitcirculer un courant qui est détecté par les circuitsde mesure (cf. fig. 42 ).Ces contrôleurs, qui surveillent aussi bien lesréseaux à courants alternatifs, mixtes etcontinus, permettent aussi la recherche desdéfauts d’isolement. Ils sont donc préconisés si :v il existe un véritable réseau courant continu(plusieurs utilisations), ce qui n’est pas le casdes ASI ;v il n’y a pas isolement galvanique entrela batterie et l’installation aval à l’ASI.

Réseau à surveiller

Filtre de réjectiondu 50 Hz (ou du 60 Hz)selon le réseau à surveiller

Circuit de mesure

Source de tension(basse fréquence oucourant continu)

Fig. 41 : schéma de principe d’un contrôleurpermanent d’isolement -CPI- à injection de courant.

Fig. 42 : Vigilohm XM200, un CPI à injection decourant à basse fréquence et Vigilohm TR22A, un CPIà injection de courant continu (marque Merlin Gerin).


c Contrôleur permanent d’isolement à injectionde courant continu

Le principe est le même que celui utilisé par lesCPI précédemment cités mais sa source délivreun courant continu. Ce type de CPI, très précispour la surveillance des réseaux à courantalternatif ne convient pas pour les circuits àcourant continu, car la tension continueapparaissant lors d’un défaut d’isolement modifiela sensibilité du dispositif à seuil du contrôleur.

Il est généralement déconseillé sur les réseauxmixtes (CA et CC). Certains CPI à injection decourant continu sont cependant capables designaler la présence d’un défaut sur la partie« continu » d’un réseau (cf. fig. 42).

c Contrôleur permanent d’isolement à balancevoltmétrique (cf. fig. 43 )C’est un contrôleur permanent d’isolement,passif.

Les dispositifs différentiels à courantrésiduel (DDR)Ils sont destinés à détecter tout courant anormalde défaut à la terre.Des précautions sont cependant à prendre lorsde leur choix lorsque l’installation a une partie encourant alternatif et une partie en courantcontinu sans séparation galvanique (réseaumixte).

Selon la norme CEI 60755 il y a 3 classes deDDRc LES DDR de classe AC : ils ne fonctionnentqu’en alternatif pur ;c Les DDR de classe B : ils fonctionnent avectoutes les formes de courant de défaut y comprisavec du continu pur ;c Les DDR de classe A : ils peuvent fonctionneravec des courants non alternatifs selon lesdiagrammes de la figure 45.Avec des redresseurs monophasés, les courantsde défauts sur le circuit continu sont le plussouvent d’une allure compatible avec des DDRde type A. Toutefois avec certains schémas, lecourant de défaut peut être continu, ce quinécessite des DDR de type B.

Réseau courant continu à surveiller

Circuit de mesure

+

–

Fig. 43 : schéma de principe d’un contrôleurpermanent d’isolement -CPI- à balance voltmétrique.

Il est constitué d’un diviseur résistif créant unpoint milieu pour la tension continue. Le circuitde détection de défaut est placé entre ce pointmilieu et la terre. Un défaut d’isolement sur le (+)ou sur le (-) fait circuler un courant à la terre àtravers une des résistances et le circuit dedétection qui, associé à un dispositif à seuil,permet une alarme ou un déclenchement(cf. fig. 44 ).

Fig. 44 : le Vigilohm TR5, un CPI à balancevoltmétrique (marque Merlin Gerin).

6 mA

α = 90°

α = 135°

Fig. 45 : différentes formes de courants de défaut nonalternatifs applicables aux DDR de classe A.

Enfin, dans la plupart des cas, les courants dedéfaut sur le continu pour des redresseurstriphasés sont continus. Ils nécessitent doncl’emploi de DDR de type B (cf. fig. 46 pagesuivante).


Il est donc nécessaire de consulter leconstructeur pour savoir quel type de DDR doitêtre associé au convertisseur, à moins que celui-ci ne l’indique dans sa notice d’installation.

Perturbations dues aux filtres

Des filtres CEM à base de condensateursraccordés à la terre, se rencontrent courammentdevant les ordinateurs et les ASI. Ils peuventperturber les dispositifs de protection (alarmeset/ou déclenchements indésirables), enparticulier :

c avec des DDR, ils sont souvent la cause defonctionnements intempestifs :v en service (courant de fuite à la terre dû audéséquilibre des capacités entre phases etterre), le seuil des DDR doit être alors augmenté.v à la mise sous tension (charge de leurscapacités), mais une temporisation des DDRsuffit pour y remédier ;

c avec des CPI, ils peuvent parfois provoquer :v une signalisation passagère de défaut lors dela mise sous tension pour les CPI à injection decourant continu (charge des condensateurs),v voire une signalisation permanente avec desCPI à injection de courant alternatif.

00,020,010

Id

t

(s)

00

Id

t

00

Id

t

Allure du courant de défautType de redresseur

Fig. 46 : différentes formes de courants de défaut nécessitant des DDR de classe B.

Pour éviter ces phénomènes, à titre indicatif, cesfiltres ne doivent pas avoir une capacité totaledépassant :v 30 µF pour un CPI à injection de 2,5 Hz,v 6 µF pour un CPI à injection de 10 Hz.

Perturbations dues aux courants de fuitehaute fréquence - HF -

Bien que les courants haute fréquence émispar les ASI soient de niveaux faiblesconformément à la norme CEI 62040-2, il sepeut que certains dispositifs différentiels soientperturbés et présentent des déclenchementsintempestifs.

De plus lors de certaines séquences defonctionnement, les dispositifs différentielspeuvent être traversés par les courants HF desutilisations raccordées en aval de l’ASI ou mêmepar la somme des courants de l’ASI et desutilisations.

Pour éviter ces difficultés il est recommandéd’utiliser des DDR immunisés contre ce type deperturbations.

Nota : Les contrôleurs d’isolement à injection decourant à basse fréquence ne sont pasperturbés par ces courants de fuite.


Interaction entre les dispositifs de contrôledes circuits CC et ceux des installationsamont et aval

c Cette interaction est directement liée auschéma de l’ASI, elle dépend en particulier :v de la présence ou non d’un contacteur statique,v du nombre d’ASI, une seule ou plusieurs enredondance passive ou active,v de la présence ou non de transformateursd’isolement galvanique TR ou TO.

c Cette interaction est directement dépendantedes dispositifs de protection choisis et des SLTdes installations « amont » et « aval ». Il est ànoter que :v pour le schéma le plus courant (ASI unitaire,sans transformateur sur le by-pass) il estimpératif d’avoir en aval le même schéma deliaison du neutre qu’en amont de l’ASI ; ce quin’exclut pas le passage de TNC à TN-S ou deTN à TT ;v pour la continuité de service, le schéma IT enaval (et en amont) est la meilleure solution.

c Cette interaction peut être :v positive, par exemple le dispositif de protectionamont surveille également les circuits à courantcontinu ;

v négative :- entre deux CPIComme sur les circuits en alternatif, deuxappareils de même type raccordés sur deuxparties d’une installation non séparéesélectriquement, se perturbent mutuellement.Il faut donc empêcher cette éventualité, avec unrelais tel R1 sur le schéma de la figure 23.- entre un CPI à injection et un CPI à balancevoltmétriqueUn CPI à injection de courant continu ou à bassefréquence va mesurer la résistance interne (R/2)d’un dispositif à balance voltmétrique (quelquesdizaines de kΩ). Placés de part et d’autre d’unconvertisseur de puissance (redresseur ouonduleur) sans isolement galvanique, laperturbation de l’un par l’autre sera directementdépendante du taux de conduction des semi-conducteurs du convertisseur.v ou nulle :- s’il y a isolement galvanique entre la batterie etles installations (en alternatif) amont et aval,- entre CPI et DDR ou disjoncteur.

6.2 Principaux cas d’application

Les solutions préconisées dans ce paragraphecomplètent les dispositions à prendre, pour laprotection des personnes sur les installations enaval de l’ASI, déjà décrites dans le chapitre 4.Sauf exception, elles sont à appliquer au niveaude chaque chaîne de l’ASI.

Lorsqu’une ASI comporte des circuits CC nonisolés des installations amont et/ou aval, etlorsque la protection des personnes rendnécessaire l’utilisation de DDR, ceux-ci doiventêtre de type A ou B (cf. § précédents).

D’une façon générale lorsque les circuits CCsont isolés des installations amont et aval, il y alieu d’utiliser un CPI : le CPI 3.

Lorsque les circuits CC ne sont pas isolés, laprotection des personnes est à étudier selon lesliaisons électriques de ces circuits avec lesinstallations amont et aval, d’où les différentscas suivants.

Circuits CC isolés des installations amont etaval (présence des transformateurs TR et TO -cf. fig. 47 )

Il n’y a pas d’interaction des dispositifs decontrôle.

Le CPI 3 destiné à surveiller l’isolement descircuits CC peut être à balance voltmétrique ou àinjection de courant à basse fréquence.La protection au second défaut est alors assurée :c par le disjoncteur H lorsque l’ASI est autonome ;c par le disjoncteur H et la protection amont (ouinterne) au redresseur lorsque l’ASI est alimentée.

C1 G1

Cn

TR

H

TO

CPI 3

R O

Gn

Fig. 47 : surveillance de l’isolement d’une chaîne d’ASIavec batterie d’accumulateurs isolée des installationsamont et aval.


Circuits CC non isolés de l’installation amont(présence d’un transformateur TO, mais pasde TR)

Pour les cas qui suivent, de façon générale,lorsque la tension d’alimentation est présente laprotection est assurée par les dispositifs amont.

Lorsque cette tension disparaît, les circuits CCsont isolés de l’amont (redresseur bloqué) et del’aval (par TO). Ces circuits sont donctemporairement en schéma IT. Comme il a étévu dans le chapitre précédent, ce mode defonctionnement ne pose pas de problème pourla sécurité puisqu’il apporte même une toléranceau premier défaut.

En cas de deuxième défaut le disjoncteur batterieet/ou les protections internes de l’onduleurassurent la protection.

Si toutefois une surveillance de ces circuits et enparticulier de la batterie est souhaitée en casd’autonomie longue ou en cas de batterieéloignée de l’ASI, l’absence de tension fait que leredresseur est alors bloqué et que les circuits CCsont isolés. Un CPI peut alors être prévu poursignaler le premier défaut d’isolement sur cescircuits CC. Il s’agit du CPI 3 sur les figuressuivantes qui est connecté automatiquement parun relais de tension (R3).

c Installation amont exploitée en schéma TT.(cf. fig. 48 )

En présence de tension en amont du redresseur,le DDR placé sur l’alimentation de l’ASI assure laprotection en provoquant l’ouverture dudisjoncteur C.

Nota : mis en service par le relais R3, le CPI 3surveille l’isolement des circuits CC lorsqu’ilssont isolés.

c Installation amont exploitée en schéma TN.(cf. fig. 49 ).

En présence de tension en amont du redresseur,la protection des personnes peut être assuréepar :v le disjoncteur C placé sur l’alimentation del’ASI, si le calcul de l’impédance de la boucle dedéfaut a permis de confirmer son choix,v un DDR ou une interconnexion supplémentairedans le cas contraire, avec le schéma TN-S.


c Installation amont exploitée en schéma IT(cf. fig. 49).

En présence de tension en amont du redresseur,le CPI 1 de l’installation amont contrôlel’isolement des circuits CC (interaction positive).

C1

R3

G1

Cn

H

TO

CPI 3

R O

Gn

Fig. 48 : surveillance de l’isolement d’une chaîne d’ASIavec batterie d’accumulateurs non isolée del’installation amont exploitée en schéma TT, et isoléede l’installation aval.

C1

R3

G1

Cn

H

TO

CPI 3

R O

Gn

Fig. 49 : surveillance de l’isolement d’une chaîne d’ASIavec batterie d’accumulateurs non isolée del’installation amont exploitée en schéma TN ou IT, etisolée de l’installation aval.


La protection au second défaut est alors assurée :v lorsque l’ASI est alimentée par le disjoncteur Cplacé sur l’alimentation de l’ASI, si le calcul del’impédance de la boucle de défaut a permis deconfirmer son choix, ou par un DDR dans le cascontraire ;v pendant l’autonomie, par le disjoncteur batterie.

Cas particuliers des ASI alimentées parl’intermédiaire de prises de courant, de courantassigné au plus égal à 32 A.De telles prises de courant sont à protéger parun DDR à haute sensibilité, I∆n < 30 mA(NF C 15-100 § 532). Aussi, lorsque ces ASI necomportent pas un transformateur TR et que desmesures particulières (classe II, double isolation)ne sont pas mises en œuvre, il convient deréaliser cette protection avec un DDR de type A,à haute sensibilité.


Circuits CC non isolés de l’installation aval(présence d’un transformateur TR, mais pas de TO)

Dans ce cas, si les schémas de neutre en amontet en aval de l’ASI sont différents, il y a lieu deplacer un transformateur d’isolement TB.

c Installation aval exploitée en schéma TT.v sans TBEn présence de tension en amont du redresseur,le DDR placé sur le by-pass assure la protectionen cas de défaut sur les circuits CC enprovoquant l’ouverture du disjoncteur H debatterie et des disjoncteurs C et Cb placés surl’alimentation de l’ASI (cf. fig. 50 ).

Lorsque cette tension disparaît, les circuits CCainsi que l’installation aval continuent à êtreprotégés par ce même DDR si le conducteur deneutre n’est pas interrompu. Cela nécessite quel’alimentation auxiliaire de ce DDR soit prise enaval de l’ASI.Si le conducteur de neutre est interrompu, lescircuits CC ainsi que l’installation aval setrouvent dans les conditions du schéma IT.v avec TBCette même protection est alors assurée enpermanence par un DDR placé sur la liaison duneutre à la terre en sortie de l’ASI (cf. fig. 51 ).

A

B

Cb D

TR

CS

E

F

G

U3

U2

U1C

H

R O


(*)

A

B

Cb D

TR

TB

CS

E

F

G

U3

U2

U1C

H

R O


(*)

Fig. 50 : dispositifs de protection des personnes d’une chaîne d’ASI pour les circuits CC isolés de l’installationamont et non isolés de l’installation aval exploitée en schéma TT, sans transformateur TB.

Fig. 51 : dispositifs de protection des personnes d’une chaîne d’ASI pour les circuits CC isolés de l’installationamont et non isolés de l’installation aval exploitée en schéma TT, avec transformateur TB.


Avec ou sans TB, ces dispositions présententtoutefois l’inconvénient de provoquer la coupuretotale d’alimentation des utilisations. Aussi, lorsquela continuité de service est indispensable et enparticulier dans le cas d’ASI redondantes, lesdispositions suivantes peuvent être prises. Ellesconsistent à isoler la chaîne en défaut du restede l’installation et pour cela :- en permanence chaque sortie de chaîne estsurveillée par un DDR qui assure la protectionen provoquant l’ouverture des disjoncteurs C etH et de l’interrupteur ou du disjoncteur J de lachaîne en défaut (cf. fig. 52 ) ;- s’il n’y a pas le transformateur TB, la sélectivitédoit être vérifiée entre le DDR amont et les DDRaval. Si l’interrupteur G de sortie est commandableà l’ouverture il n’est pas nécessaire de rajouter

le dispositif J, le DDR pouvant agir directementsur lui.

c Installation aval exploitée en schéma TNLa protection des personnes est normalementassurée, dès l’apparition d’un défaut d’isolement,par l’ouverture des disjoncteurs C et H. Si lesconditions nécessaires au bon fonctionnement desdisjoncteurs ne sont pas remplies (schéma TNS enparticulier), les dispositions prévues au paragrapheprécédent (schéma TT) sont à mettre en place.

c Installation aval exploitée en schéma IT

La surveillance des circuits CC, est assurée par :v le CPI 1, lorsque le by-pass maintient lacontinuité électrique,v le CPI 2, lorsque l’ASI alimente les utilisationsen autonomie (cf. fig. 53 ).

A

BCb D

TR

CS

E

F

G1 J1

U3

U2

U1

C1

HR O

Cn Gn Jn


(*)

Fig. 52 : dispositions à prendre pour isoler une chaîne d’ASI en cas de défaut d’isolement, pour des ASI isoléesde l’installation amont et non isolées de l’installation aval exploitée en schéma TT.

A

B

Cb D

TR

CS

E

F

G

U3

U2

U1C

H

R O

R2 CPI 2


(*)

CPI 1

R1

Fig. 53 : dispositifs de protection des personnes d’une chaîne d’ASI pour les circuits CC isolés de l’installationamont et non isolés de l’installation aval exploitée en schéma IT, sans transformateur TB.


Ce CPI2 est mis en service par l’intermédiairedu relais R2 seulement lorsque la tension enamont du by-pass a disparu.Malgré l’absence de tension en amont, il estpossible et même très probable que leconducteur neutre n’est pas interrompu.L’ouverture d’un disjoncteur se fait soit surdéfaut, soit pour la maintenance.Dans le cas où le CPI 2 risque d’être perturbépar le CPI 1, un relais R1 permet de le mettrehors service lorsque la tension au secondaire dutransformateur est nulle.La protection au second défaut est alors assuréecomme :v en schéma TN si les masses sont reliées,v en schéma TT si les masses ne sont pas reliées.

Circuits CC non isolés des installationsamont et aval

Dans ce cas, les schémas de neutre en amont eten aval de l’ASI sont obligatoirement identiques.

c Installations exploitées en schéma TT.(cf. fig. 54 )

En présence de tension en amont du redresseuret du by-pass, le DDR placé sur l’alimentationcommune assure la protection en provoquantl’ouverture des disjoncteurs C et Cb et dudisjoncteur batterie H.En cas de disparition de la tension en amont del’ASI et si le conducteur de neutre n’est pasinterrompu, ce DDR continue à assurer laprotection pourvu que son alimentation soit priseen sortie de l’ASI.Si le conducteur de neutre est interrompu, lefonctionnement se fait selon le schéma IT.Cette disposition présente toutefoisl’inconvénient de provoquer la coupure totaled’alimentation des utilisations.Lorsque la continuité de service estindispensable et en particulier dans le cas desASI redondantes, les dispositions de la figure 55doivent être réalisées.

A

(*) Utilisations sans exigence de continuité

BCb D

CS

E

F

G

U3

U2

U1C

H

R O

(*)

Fig. 54 : protection des personnes pour les circuits CC d’une chaîne d’ASI non isolée des installations amont etaval exploitées en schéma TT -Disposition de base-

A

B

Cb DCS

E

F

U3

U2

U1

H

R OG1 J1

Gn

C1

Cn Jn


(*)

Fig. 55 : protection des personnes pour les circuits CC d’une chaîne d’ASI non isolée des installations amont etaval exploitées en schéma TT -Disposition pour optimiser la continuité de service-


Les DDR placés en amont du redresseur et enaval de l’onduleur de chaque chaîne provoquentl’ouverture des disjoncteurs C et J de chacune deschaînes. La sélectivité entre ces DDR et celui enamont de la voie by-pass doit être vérifiée pourassurer la disponibilité de cette voie.

c Installations exploitées en schéma TN

La protection des personnes est normalementassurée, dès l’apparition d’un défaut d’isolement,par l’ouverture des disjoncteurs C et H. Si lesconditions nécessaires au bon fonctionnement desdisjoncteurs ne sont pas remplies, par exempleen schéma TNS il faut prendre les dispositionsdu paragraphe précédent (schéma TT).

c Installation aval exploitée en schéma IT

La surveillance des circuits CC, est assurée par :v le CPI 1, lorsque la tension est présente enamont de l’ASI,

v le CPI 2, lorsque l’ASI alimente les utilisationsen autonomie (cf. fig. 56 ).Le CPI 2 est mis en service par l’intermédiairedu relais R2 seulement lorsque la tension enamont a disparu.Malgré l’absence de tension en amont, il estpossible et même très probable que leconducteur neutre ne soit pas interrompu.L’ouverture d’un disjoncteur se fait soit surdéfaut, soit pour la maintenance.Dans le cas où le CPI 2 risque d’être perturbépar le CPI 1, un relais R1 le met hors servicelorsque la tension au secondaire dutransformateur est nulle.La protection au second défaut est alors assuréecomme :v en schéma TN si les masses sont reliées,v en schéma TT si les masses ne sont pasreliées.

Fig. 56 : protection des personnes pour les circuits CC d’une chaîne d’ASI non isolée des installations amont etaval exploitées en schéma IT.

A

B

Cb DCS

E

F

G

U3

U2

U1C

H

R O

R1

R2

CPI1

CPI2


(*)


7 Conclusion

La mise en œuvre de matériels destinés à laprotection des personnes contre les contactsindirects sur des réseaux comportant des circuitsCC s’avère effectivement plus délicate qu’il n’yparaît au premier abord.

Il convient donc d’être très attentif aux différentesconfigurations pouvant être installées ou pouvantapparaître en cours d’exploitation, par exemplelors d’un défaut.

C’est pourquoi l’emploi de matériels accompagnésd’une documentation sérieuse et l’aide despécialistes ou d’installateurs professionnelsapportent souvent une réponse complète et sûrepour un besoin défini dans une configurationdonnée.


Bibliographie

Normes

c CEI 60364, NF C 15-100 : installationsélectriques à basse tension.

c CEI et EN 60439-1 : Ensembles d’appareillageà basse tension. Ensembles de série etensembles dérivés de série.

c CEI 60529 : Degrés de protection procurés parles enveloppes (code IP).

c CEI 60755 : Règles générales pour lesdispositifs de protection à courant différentielrésiduel.

c CEI et EN 62040 : Alimentation sansinterruption (ASI).v Partie 1-1 : Prescriptions générales et règlesde sécurité pour les ASI utilisées dans deslocaux accessibles aux opérateurs.v Partie 1-2 : Prescriptions générales et règlesde sécurité pour les ASI utilisées dans deslocaux d’accès restreint.v Partie 3 : Méthode de spécification desperformances et procédures d’essais.

Guidec UTE C 15402 : Guide pratique. Alimentationssans interruption (ASI) de type statique. Règlesd’installation.

Cahiers Techniques Schneider Electric

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

c Les schémas de liaisons à la terre en BT(régimes de neutre), B. LACROX, R. CALVAS,Cahier Technique n° 172.

c Les schémas des liaisons à la terre dans lemonde et leurs évolutions,B. LACROX, R. CALVAS,Cahier Technique n° 173.

c Le schéma IT (à neutre isolé) des liaisons à laterre en BT,F. JULLIEN, I. HERITIER,Cahier Technique n° 178.

Schneider Electric Direction Scientifique et Technique,Service Communication TechniqueF-38050 Grenoble cedex 9Télécopie : 33 (0)4 76 57 98 60

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Protection des personnes et alimentations statiques sans interruption