Regime Du Neutre

p.2 Régimesde neutre et SLT.

p.3Défauts d’isolement et risque.

p.4Protection des personnes et des biens,continuité de service.Schémas de Liaison à la Terre.

p.8Perturbations électro-magnétiques : harmoniques, foudre, rayonnements.

p.11Comparatif des SLT.

p.12Tableau comparatif des SLT.

p.13Exemples d’application.

Après avoir rappelé les risques liés aux défautsd’isolement des installations portant atteinte à la sécurité des personnes et des biens, ce guideprésente les trois Schémas de Liaison à la Terreutilisés en basse tension. Il les passe en revue sous l’angle des perturbations électromagnétiques, des tensions et des courants harmoniques, de l’influence des rayonnements, de la foudre etdes courants vagabonds.

Les Schémas de Liaison à la Terre

Une installation électriquede qualité doit répondre auxattentes des utilisateurs enterme de sécurité etd’exploitation. Une attentionparticulière doit êtreapportée au choix desSchémas de Liaison à laTerre, car leur influence estfondamentale sur la qualitéde l’installation.Lors des premières étudesde l’installation électrique,une analyse détaillée desbesoins de l’utilisateur estindispensable. En distribution électrique,les besoins des utilisateurs - de l’industrie au tertiaire -sont variés. Car, même si lasécurité des personnes etdes biens prime toujours,on peut rechercher d’abord,soit la meilleure continuitéde service, soit uneprotection renforcée contreles risques d’incendie, soitune protection efficacecontre les défautsd’isolement par exemple.

Avant d’étudier les troisSchémas de Liaison à la Terre utilisés dans

une installation BT, il estintéressant de faire un petitrappel historique.De 1880 à 1920, letransport et la distributionde l’électricité se font en “ neutre isolé ”, les lignessont nues, mises hors deportée, sur isolateurs ;aucun point du réseau n’est mis volontairement à la terre.A partir de 1923, la mise à la terre des masses estfortement conseillée pourles carcasses de moteurs,les appareils électriquesdans le domestique, lespièces métalliques dans les locaux à risque. Pour éviter la fusion desfusibles sur double défautd’isolement, il est viteapparu souhaitable d’êtreaverti de la présence dupremier défaut. Dansl’industrie, sur le triphasé,on utilise un ContrôleurPermanent d’Isolementconstitué de trois lampesprises entre la terre etchacune des phases.

En 1927, un arrêté impose

en France, la mise à la terredu neutre du transformateuren distribution publique. En 1935, un décret sur laprotection des travailleurstraite du risque inhérent audéfaut d’isolement. Lespremiers disjoncteurs debranchement différentielssont fabriqués à partir de1954. Le “ neutre à la terre ” estné, mais il faut attendre ledécret du 14 novembre1962 pour que soient fixéesles règles de protectioncontre les contactsindirects. La NF C 15-100 de 1962 officialise le neutreisolé et le neutre à la terre,ainsi que la mise au neutredéjà pratiquée dansd’autres pays. Parallèlement à la norme, ledécret du 14 novembre 1962légalise le neutre isolé et leneutre à la terre. En 1973, un arrêté duministère du travail autorisela “ mise au neutre ”en France.En 1991, application dela “ nouvelle ” C 15-100.

Le régime de neutre en BTfait partie du “ Schéma deLiaison à la Terre ” notionnormalisée ( CEI 364 et NF C 15-100) qui recouvrele mode de liaison à laterre :• du neutre du secondairedu transformateur HT/BTd’une part, qui peut être :- relié à la terre, directementou par une impédance, - isolé de la terre,• des masses del’installation d’autre part. Dans la suite du documentnous utiliserons la dénomination “ Schémade Liaison à la Terre ”le plus souvent sous laforme abrégée SLT.

Codification des SLTPremière lettreCaractérise le point neutredu transformateur ou de lasource.• I : isolé de la terre.• T : relié a la terre.

Deuxième lettreCaractérise les massesélectriques des récepteurs.• T : reliées à la terre.• N : reliées au conducteurneutre (N).

Troisième lettre (facultative)Situation du conducteurneutre (N) et du conducteurde protection (PE).• C : N et PE forment unconducteur commun PEN.• S : N et PE séparés.

Types de SLTTrois Schémas de Liaison àla Terre sont normalisés enFrance.• TT : neutre à la terre(figure 1).• TN : mise au neutre,avec trois versions TN-C, TN-S et TN-C-S(figures 2, 3 et 4).• IT : neutre isolé ouimpédant (figure 5).

La mise en œuvre de ces différents schémas estprésentée en détail en page 4.Ces trois schémas TT, TN,IT normalisés assurent unebonne protection despersonnes et des bienscontre les risques liés auxdéfauts d’isolement :• chocs électriques pourles personnes,• incendies ou explosiond’origine électrique pour lesbiens. Mais leur choix influenceaussi d’autres critères defonctionnement desinstallations :• continuité de service, • surtensions,• perturbationsélectromagnétiques (règles CEM).

Régimes de neutre et SLT

GuideTechnique2

Intersections - Novembre 1998

Masses

L1 L2 L3

N

PE

3

Masses

L1 L2 L3

PEN

3

Masses

L1 L2 L3

N

PE

3

Masses

L1 L2 L3

N

PE

3

PEN

Masses

L1 L2 L3

N

PE

3

figure 1

figure 2

figure 4

figure 5

figure 3

Schéma TT

Schéma TN-C

Schéma TN-S

Schéma TN-C-S

Schéma IT

GuideTechnique 3


Défauts d’isolementL’isolement desconducteurs et des piècessous tension d’uneinstallation électrique estréalisé par l’utilisation dematériaux isolants et/oul’éloignement.

Lors de la mise en serviced’une installation neuve, lerisque de défaut d’isolementest très faible. L’installationvieillissant, ce risqueaugmente du fait dediverses agressions : • détérioration mécaniquede l’isolant d’un câble, • poussières plus ou moinsconductrices, • forces électrodynamiquesdéveloppées lors d’uncourt-circuit, • surtensions de manœuvre,de foudre, surtensions enretour résultant d’un défautd’isolement en MT, • vieillissement thermique des isolants (grand nombrede câbles dans un circuit,harmoniques,surintensités...).C’est généralement unecombinaison de cesdiverses agressions quiconduit au défautd’isolement.

Le défaut d’isolement est :• soit de mode différentiel(entre les conducteursactifs) et devient un court-circuit,• soit de mode commun(entre conducteurs actifs et masse ou terre). Un courant de défaut - dit

de mode commun - circulealors dans le conducteur deprotection (PE) et/ou dans laterre.

Les SLT en BT sontessentiellement concernéspar les défauts de modecommun.

Risques liés au défaut d’isolementUn défaut d’isolement,quelle que soit sa cause,présente des risques pour la vie des personnes, la conservation des biens, la disponibilité de l’énergieélectrique (figure 6).

Risque de choc électrique

Ce risque n’est pas liéuniquement à la valeur de latension appliquée au corpshumain, mais aussi à celledu courant susceptible de letraverser et à la durée ducontact.

En BT, la valeur del’impédance du corpsn’évolue pratiquementqu’en fonction del’environnement : locauxsecs et humides, et locauxmouillés. Pour ces deuxcas, la norme CEI 479 -1définit une tension desécurité appelée tensionlimite conventionnelle UL :

• UL = 50 V pour les locauxsecs ou humides, • UL = 25 V pour les locauxmouillés. Toute tension de contactUC supérieure à la tensionUL, nécessite l’éliminationdu défaut dans un tempsau plus égal à celui fixépar les tableaux 41G et48E de la NF C 15-100.(CEI 364 § 413.1.1.1).

Risque d’incendie

Bon nombre d’incendies ont pour origine un échauf-fement important et ponctuel ou un arc électrique provoqué par un défaut d’isolement. Le risque est d’autant plusimportant que le courant de défaut est élevé. Il estégalement fonction dudegré du risque incendie ou explosion des locaux.

Risque de non disponibilité de l’énergie

Si, pour éliminer le défaut, la partie en défaut estdéconnectéeautomatiquement, il enrésulte un risque pour lespersonnes (manque subitd’éclairage, et/ou mise hors service d’équipementsd’utilités du bâtiment) et unrisque économique parperte de production. De plus, si le courant dedéfaut est élevé, les dégâts,dans l’installation ou dans

les récepteurs, peuvent êtreimportants et augmenter les coûts et les temps de réparation. La circulation de fortscourants de défaut en modecommun (entre réseau etterre) peut égalementperturber des équipementssensibles “ courants faibles ”.Enfin, à la mise horstension, l’apparition desurtensions et/ou dephénomènes derayonnementsélectromagnétiques peuvent entraîner desdysfonctionnements voire des dégradationsd’équipements sensibles.

Défauts d’isolement et risques

75 mA

1 A

30 mA

10 mA

0,5 mA

arrêt du cœur

seuil de fibrilationcardiaqueirréversible

seuil de paralysierespiratoire

contractionmusculaire(tétanisation)

sensationtrès faible

figure 6

Résumé des conséquences du passage du courantdans l’organisme

GuideTechnique4


Protection despersonnesContacts directet indirect

Protection des personnes Rappel des principales normes

La norme CEI 364C’est la normeinternationale relative auxinstallations électriques dubâtiment. Ses chapitres 41 et 54 ont le statut de normefondamentale de sécurité etguident les prescriptions desécurité de toutes lesnormes CEI. L’adaptation française de laCEI 364 est la normeNF C 15-100

La publication UTE C 12-100Elle regroupe une séried’arrêtés et le décret du 14 novembre 1962 actualisépar celui du 14 novembre 1988. Ce décret reprend lesdispositions du livre Il ducode du travail en ce quiconcerne la protection des travailleurs.La section IV porteégalement sur la protectiondes travailleurs contre lesrisques de contact avec lesmasses misesaccidentellement soustension.

Contact direct et mesures de protection

Il s’agit du contactaccidentel de personnesavec un conducteur actif (phase ou neutre) ou unepièce conductricehabituellement soustension.Dans le cas où le risque esttrès important, on peutdistribuer l’électricité sousune tension nondangereuse, c’est-à-direinférieure ou égale à latension de sécurité : • très basse tension de sécurité (TBTS), • très basse tension de protection (TBTP). En BTA, les mesures deprotection consistent àmettre ces parties activeshors de portée ou à lesisoler par l’utilisationd’isolants, d’enveloppeset de barrières. Une mesurecomplémentaire contre lescontacts directs consiste àutiliser des DispositifsDifférentiels Résiduelsinstantanés à HauteSensibilité 30 mA appelésDDR-HS.

N.B. : cette mesure estnécessaire dans tous lescas d’alimentation decircuits où la mise en œuvredu SLT en aval n’est pasmaîtrisée ; en France, le décret du 14 novembre 1988 et lanorme NF C 15-100 § 532-2-6 rend obligatoire cettemesure pour les prises decourant de calibre 32 A, et dans certains typesd’installations (temporaire,de chantier...).

Contact indirect,mesures de protec-tion et de prévention

Le contact d’une personneavec des massesmétalliques misesaccidentellement soustension est appelé contactindirect. Cette mise sous tensionaccidentelle résulte d’undéfaut d’isolement. Un courant de défautcircule et provoque uneélévation de potentiel entrela masse du récepteurélectrique et la terre : il y a donc apparition d’une tension de défaut qui est dangereuse si elle est supérieure à latension UL.Vis-à-vis de ce risque, lesnormes d’installation - CEl 364 au niveauinternational, NF C 15-100au niveau français - ontofficialisé trois Schémas deLiaison à la Terre et définiles règles d’installation et deprotection correspondantes.

Les mesures de protectioncontre les contacts indirectsreposent sur trois principesfondamentaux :• la mise à la terre desmasses des récepteurs etdes équipementsélectriques,• I’équipotentialité desmasses simultanémentaccessibles, • la gestion du risqueélectrique par laprévention, mesure del’isolement d’un équipementavant sa mise sous tension,surveillance continue del’isolement d’une installationet par l’élimination dudéfaut par déconnexion.

Schéma TT

Principe

Dans ce type de schéma,dit de “neutre à la terre” :• le neutre de la source estrelié à une prise de terre, engénéral distincte de celledes masses,• toutes les masses proté-gées par un même dispositifde coupure doivent êtrereliées au même système demise à la terre.C’est le cas typique de ladistribution publique enFrance (figure 7).

Analyse d’un défautd’isolement

Supposons qu’un défautfranc apparaisse entre unephase (ex : la phase 3) et lamasse au niveau d’unrécepteur.Soit U0 la tension simple du réseau (figure 8).

Calcul du courant de défaut

Les prises de terre desmasses d’utilisation et du poste présententrespectivement une

résistance électrique RA et RB. Pour simplifier le calcul nousnégligeons les effet inductifs et capacitifs des câbles.L’impédance de boucle dudéfaut se ramène donc auxrésistances RA et RB.

Pour U0 = 230 V, RA = 10 Ω, RB = 5 Ω, le courant de défaut a pour valeur :

ld = U0 / (RA + RB) = 15,3 A

Protection des personnes et des biens, continuité de service Schémas de Liaisonà la Terre

GuideTechnique 5


Calcul de la tension de défautUne personne en contactavec la masse métallique durécepteur défectueux, sera soumise à un potentiel Ud :Ud = U0 x RA / (RA+RB) =153 V.Ce potentiel est dangereuxpour les personnes car trèslargement supérieurà la tension limite de contact( UL = 50 V ).

Conclusion

Le défaut doit être éliminépar ouverture de la portionde circuit électriquedéfectueuse dans un tempsinférieur au temps indiquépar les tableaux 41 GA et 48 GE de la C 15.100 (ici : 0,27 s pour 150 V).Pour cette intensité de défaut (Id =15,3 A), le tempsde déclenchement de laprotection thermique dudisjoncteur est trop long. Il convient d’utiliser uneprotection différentielle(Dispositif DifférentielRésiduel ou DDR ) quidétectera l’intensité dedéfaut de mode commun Idet qui provoqueral’ouverture immédiate du disjoncteur.

Schéma TN

Principe

Le principe de ce type deschéma dit de “ mise auneutre ” est de transformertout défaut d’isolement encourt-circuit monophaséphase neutre. Dans ce type de schéma : • le point neutre BT dechaque source est reliédirectement à la terre,• toutes les masses del’installation sont reliées auneutre et donc à la terre parle conducteur de protection(PE ou PEN). Ce raccordement directtransforme tout défautd’isolement en court-circuitphase-neutre qui sollicite lesprotections de surintensité,• le conducteur deprotection doit êtremaintenu à un potentielproche de celui de la terrepar des liaisons en denombreux points, le plussouvent possible si despossibilités existent.

Trois types de schémas TN :

• TN-S dans lequel unconducteur de protection(PE) distinct du neutre (N)est utilisé (figure 9),• TN-C dans lequel lesfonctions de neutre et deprotection sont combinéesen un seul conducteur,appelé PEN (figure 10),• TN-C-S lorsque le schémaTN-S est réalisé en aval d’unschéma TN-C (figure 11).

N.B. : le schéma TN-S estobligatoire pour les réseauxayant des conducteurs desection inférieure à 10 mm2

en cuivre et 16 mm2

en aluminium.

L1

L2

L3

N

PE

U

L1

L2

L3

N

PE

IRR

U0

dAB

d

figure 7

Principe du schéma TT

Exemple de schéma TT

figure 8

PEPEN

Masses

L1

L2

L3

N

PE

figure 9

PE

PEN

Masses

L1

L2

L3

PEN

figure 10

PEN

TN-C TN-S

PE

PEN

Masses

L1

L2

L3

PE

N

N

figure 11

Schéma TN-S

Schéma TN-C

Schéma TN-C-S

GuideTechnique6


Analyse d’un défautd’isolement (fig.12)

Calcul de l’impédancede la boucle de défaut

Lors d’un défaut d’isole-ment, le courant de défaut Idn’est limité que par l’impédance Zb de la bouclede défaut (figure 12)

Zb = ZABCDEF ld = U0 / Zb,avec U0 = 230 V.

Prenons le cas d’un récep-teur alimenté par un câblede 50 mm2 de 50 m de long(section et longueur com-mune des phases et du PE),en négligeant les impé-dances de ligne AB et EF,on a :• Zb ≈ ZBCDE(impédance de la portion decircuit BCDE),• Zb ≈ 2 ZDE(en supposant ZBC = ZDE,les conducteurs BC et DEayant même section et longueur, et en négligeantl’impédance du défaut ZCD).

Zb = ρ L / S avec :• ρ = résistivité du cuivre =22,5 10-3 Ω.mm2/m,• L = longueur du conducteur en m = 50 m,• S = section du câble en mm2 = 50 mm2,

Zb = 2x22,5 10-3x50/50 =45 mΩ.

Calcul de la tensionde défaut

En pratique, pour tenircompte des impédances enamont on admet une chutede tension de l’ordre de20 % sur la tension simpleU0, d’où : UBE = 0,8 U0.

Comme ZBC = ZDE,

la masse du récepteur estdonc portée à un potentiel :

Ud = UBE /2 = 0,8 U0/2 = 92 V

Cette tension est dangereusecar supérieure à la tensionlimite conventionnelle UL. Il faut impérativement mettrehors tension la partie del’installation concernée.

Calcul du courant dedéfautld = 0,8U0 /Zb = 0,8x230/4510-3 = 4089 A

Le défaut d’isolement étantsimilaire à un court-circuitphase neutre, la coupure estréalisée par le dispositif deprotection contre les courts-circuits.

Conclusions :

Le courant de défaut estfonction de l’impédancede la boucle de défaut. Il faut donc s’assurerqu’en tout point duréseau, le courant dedéfaut reste supérieur auseuil de fonctionnementde la protection dans letemps maximum spécifiépar les normes. Moyennant cette vérificationil est possible d’utiliser lesdispositifs conventionnelspour les protections.Mais ce schéma nécessite :• un calcul des impédancesde boucle,• la connaissance de toutesles impédances de boucle,difficilement maîtrisable pourles prises de courant, d’oùprotection par DDRobligatoire,• la vérification dudéclenchement desprotections à la mise en œuvre,• des étudescomplémentaires pourvérifier ces conditions lorsde toute modification del’installation.

Applications du schéma TN

Le schéma TN estprincipalement utilisé pour :• des industries nedemandant pas la continuitéde service obtenue avec lerégime IT, • des récepteurs à basisolement (four...),• du grand tertiaire ou desIGH.Par contre, le schéma TNest interdit dans les locaux à risque d’incendie oud’explosion.

Schéma IT

Dans ce type de schéma, dità “ neutre isolé ” (figure 13) : • le neutre dutransformateur est :- soit isolé de la terre (neutre isolé),- soit relié à la terre par une impédance élevée (neutre impédant),• toutes les masses del’installation sont reliées à la terre.Bien que ce schéma soit dità neutre isolé, il convient deprendre en compte le faitque toute installation n’apas un niveau d’isolementinfini. On trouve entrechacune des phases et la terre une impédanced’isolement qui varie enfonction du type derécepteurs installés, de lalongueur et du vieillissementdes câbles, des conditionshygrométriques, etc.L’impédance d’isolement du réseau ZRES du schéma ci-après est définie par lescâbles et les récepteurs.L’hypothèse de calcul, pourune installation électrique de1 km de câble triphasé,avec présence de filtresantiparasites, donne lavaleur de l’impédancerésultante, soit ZRES = 3422 Ω.

PEPEN

Masses

L1

L2

L3

N

PE

figure 12

Exemple de schéma TN

U

L1

L2

L3

PE

N

R

Z res

A

dfigure 13

Exemple de schéma IT

Analyse du premierdéfaut d’isolement(défaut simple)

Supposons qu’un défautfranc apparaisse entre unephase (ici la phase 3) et lamasse au niveau d’unrécepteur. Il s’agit d’unpremier défaut, aussi appelédéfaut simple.

Calcul du courant de défaut

Soit U0 la tension simple du réseau.La prise de terre durécepteur en défautprésente une résistanceélectrique RA. L’impédance de boucle dudéfaut comporte RA et ZRES.

Pour U0 = 230 V et RA = 10 Ω,le courant de défaut a pourvaleur :

Id = U0 / (ZRES+RA) = 67 mACe courant est faible carlimité par l’impédanced’isolement du réseau,principalement due à lacapacité d’isolement descâbles.

Calcul de la tensionde défaut

Si une personne est encontact avec la massemétallique du récepteurdéfectueux, elle serasoumise à un potentiel Ud de valeur :

U0 = U0 x RA / (ZRES+RA) = 0,67 V

Ce potentiel très largementinférieur à la tension limitede contact UL ( 25 V pourdes locaux mouillés) n’estdonc pas dangereux.

Conclusions

En cas de défaut simplele potentiel de défaut Udn’est pas dangereux pourles personnes.Il est cependant souhaitabled’éliminer le défautrapidement pour ne pasprendre le risque qu’unautre défaut survienne,amenant une situation dedouble défaut qui provoquele déclenchement desprotections.

Nécessité d’installer unContrôleur Permanentd’Isolement.Ce contrôleur mesure enpermanence l’isolement duréseau par rapport à la terreet signale toute baisse duniveau d’isolement.

Analyse du deuxièmedéfaut (défaut double)

Alors que le premier défautn’est pas éliminé, un autredéfaut d’isolement peutapparaître sur l’installation.Si ce défaut intervient sur lemême conducteur que lepremier, il ne se passera riende plus que précédemment,si ce n’est une baisseencore plus importante duniveau d’isolement généraldu réseau.En revanche, si le défautintervient sur un autreconducteur actif, deux caspeuvent se présenter :• cas de massesinterconnectées (figure 14)Les masses d’utilisationsont interconnectées entreelles et à la prise de terre duposte (RA). Nous sommesen présence d’un court-circuit phase-phase ou phase-neutre.

Les protections contre lescourts-circuits sontchargées d’éliminer cecourant de défaut,• cas de groupes de masses noninterconnectées (figure 15).Les masses d’utilisation nesont pas toutesinterconnectées entre ellespar exemple RB estdistincte.Ce cas revient à un schémaTT. Il faut donc protégerchaque groupe de massespar des protectionsdifférentielles.

Applications du schéma IT

Le neutre isolé est lasolution assurant lameilleure continuité deservice en exploitation.Pour cette raison, ontrouvera ce SLT dans leshôpitaux (en particulier dansles salles d‘opérations), lesréseaux électriques despistes d’aéroport, dans lesmines et les locaux où ilexiste des risquesd’incendie ou d’explosion,sur les bateaux et danstoutes les industries où unarrêt de fonctionnementserait coûteux ou dangereux.

GuideTechnique 7


L1

L2

L3

PE

N

I

CPI

d

R A

Défaut double avec masses interconnectées

figure 14

R

L1

L2

L3

PE

N

DDR

CPI

Id

R A

B

Défaut double avec groupe de masses non interconnectées

figure 15

GuideTechnique8


RappelsLes perturbationsélectromagnétiques ont leplus souvent comme originedes phénomènes internes àl’installation. Elles mettenten œuvre trois éléments :• la source génère lesperturbations par desvariations brusques degrandeurs électriques(tension ou courant), • le mode de couplage :- capacitif ou galvanique(transmission à travers untransformateur),- inductif (transmission parrayonnement d’un champmagnétique),- par impédance commune,transmission via une prisede terre,• la victime désigne toutmatériel susceptible d’êtreperturbé (en général unmatériel électronique).

Tensions et courants harmoniquesLes installations industriellesincluent de plus en plus desystèmes électroniquesdont les circuitsd’alimentation sont du typeà découpage. Ces circuitsgénèrent des courantsharmoniques importants quicirculent dans lesconducteurs actifs. Cesphénomènes de modedifférentiel (entreconducteurs actifs),n’influent pas avec lesSchémas de Liaison à la

Terre qui ne sont sensiblesqu’aux phénomènes demode commun (entreconducteurs actifs et masseou terre).

Seul le schéma TN-C, quicombine les modescommun et différentielpuisque le neutre et PE sontconfondus (PEN), estsensible aux harmoniques(de rang 3 et multiples) quicirculent dans le neutre,affectant sonéquipotentialité.

Couplage par impédance commune

Il est nécessaire d’utiliserdes “ électroniques flottantes ” (totalementdécouplées) pources systèmes (figure 16).

Couplage inductif

En schéma TN-C (figure 17) les courants circulant dans le conducteur PEN(notamment lesharmoniques de rang 3),créent des rayonnementsélectromagnétiques dansles chemins de câbles et lesstructures.Il est recommandé :• de connecter à la terre le chemin de câbles le plussouvent possible et de vérifier sa continuité,• d’éviter de positionner des électroniques sensibles près desstructures métalliques,• de réduire au maximumles boucles de courant.

Courants importants dans le PECertains Schémas de Liaisonà la Terre sont propices audéveloppement de forts courants de défautd’isolement (TNS - TNC - IT interconnecté en situationde double défaut).En cas de défaut d’isolement : • une chute de tensionimportante apparaît le longdu PE pouvant gêner latransmission de données,• de même un rayonnement électromagnétique intenseest généré lors de ce défautet induit des tensionstransitoires dans touteboucle de courant.Solutions : pour réduire cette perturbation interne :• découplage galvaniquedes électroniques sensibles,• interconnexion multipledes matériels et des structures métalliques,• utilisation de SLT à courant de défaut faible.

Foudre au sol et couplage parimpédance commune

Lorsque la foudre frappe lesol, elle peut provoquer uneperturbation par couplagepar impédance commune,résultant de l’élévation depotentiel des prises de terre.En effet, le point d’impact

au sol de l’éclair se trouveporté à un potentiel trèsélevé. Autour de ce point, le potentiel du sol va êtresoumis à un gradient depotentiel décroissant àmesure que l’on s’enéloigne.Si une prise de terre sesitue près du pointd’impact, son potentiel parrapport à la terre profondeva s’élever. Ce phénomènepeut se répercuter sur lesautres prises par le biaisdes interconnexions desmasses.

Perturbations électromagnétiques

blindage dubus decommunication

L1

L2

L3

PENI

conducteurde massed'accompagnement

R R structuresmétalliquesdu batiment

courant dans le PEN

boucles de courant

H

n

p b

L1

L2

L3

PEN

VBV= -VA

VBVA

A B

IN

bus de communication

blindage

figure 16

figure 17

En schéma TN-C, le conducteur PEN peut être parcourupar un courant important. La chute de tension dans lePEN se répercute le long des blindages ce qui peut perturber les équipements communicants

Rayonnement du courant de défaut en TN-C, qui peut induire un flux dans les boucles du courant

GuideTechnique 9


Schéma TT ou IT non interconnecté

Les prises de terre duneutre et des massesd’utilisations sont différenteset peuvent être séparéespar une distance importante(cas de la distributionpublique). Il y a donc un risque quedes prises de terre soientsoumises à un fort potentieldû à la foudre, et crée undéséquilibre des tensions deréférence provoquant desclaquages par surtension(amorçage phase-masse)dans certains matériels(figure 18).Solution : en schéma TT ouIT non interconnecté, il estconseillé de connecter desparafoudres au plus prèsdes équipements sensibles.

Schéma TN-S ou ITinterconnecté

L’ensemble des prises deterre du neutre et desutilisations BT sontinterconnectées ouconfondues. La résistancecommune ou résultante estRPAB. Si cette prise de terreest située dans un gradientde potentiel, l’ensemble duréseau, y compris lesmasses d’utilisation, verrason potentiel s’élever parrapport à la terre profonde.La connexion à la liaisonéquipotentielle principale dubâtiment, soit directe, soitpar parafoudre, de tous lessystèmes entrant(téléphone, câble vidéo, busde communication...) estdonc nécessaire (figure 19).

Cas particulier du schéma TN-C

Le schéma TN-C demandeune connexion fréquente duconducteur PEN à la terreafin d’assurer le mieux possible son équipotentialité.

En effet, en cas de coup defoudre, une des mises à laterre de ce PEN peut setrouver “ piégée ” dans ungradient de potentielimportant. Le déséquilibrede tension a lieu entre larésistance de cette prise deterre et les autres prises deterre, amenant une chute detension le long du PEN. Des parafoudres en modecommun s’imposent iciégalement (figure 20).

Solution : pour réduire les perturbations internes,quel que soit le SLT, uneinstallation de haut niveaukéronique nécessite uneprotection par parafoudre.En schéma TT et TN-S, une protection de modecommun et de mode différentiel ; en schéma IT et TN-C, une protection de mode commun.

parafoudre

R

équipementélectronique

RB A

figure 18

R

équipementsensible

U

terre profonde

PE

PAB

figure 19

équipementsensible

PEN

tension

distanceU

RPAB

figure 20

La foudre peut perturber le potentiel de certaines masses par l’intermédiaire de prises deterre proches du point d’impact

Effet de la foudre en schéma TN ou IT interconnecté

Effet de la foudre en schéma TN-C

GuideTechnique10


Rayonnements

Cas général

Les perturbationsélectromagnétiques peuventprovenir de sourcesexternes par rayonnements.Les champsélectromagnétiques émisinduisent des tensionsparasites dans des boucles(voir CEI 364-444) etpeuvent perturber certainséquipements électroniques. Ces phénomènes ne sontpas directement liés auxSLT qui sont sur un piedd’égalité face à cesperturbations. Les solutionsmises en jeu sont généraleset indépendantes des SLT.Lorsque la foudre frappe lesol, un fort champélectromagnétique crée dessurtensions dans toute lesboucles conductrices. Ces boucles sontconstituées, soit par ladistribution de puissanceelle même, soit formée parla distribution de puissanceet d’autres élémentsconducteurs (systèmes detélécommunication, masses,tuyauteries...).

Foudre au sol en schéma TT

En cas de coup de foudreproche d’une installation BT,le champ électromagnétiqueengendre un flux au traversde la boucle naturelle duschéma TT.Cette boucle est constituéepar la ligne BT aérienne dedistribution publique, la prise de terre individuelled’une maison en milieu

rural, la terre et la prise deterre du point neutre dutransformateur EDF. Cetteboucle peut être de grandesurface, surtout sil’habitation est très éloignéedu poste de livraison. Iciaussi, un parafoudre estnécessaire près deséquipements sensibles auxsurtensions (figure 21).

Foudre au sol en schéma TN

La boucle décrite enschéma TT peut ne pasexister si le PE est posé àproximité des conducteursactifs et que l’ensemble estinterconnecté à une seuleprise de terre (figure 22).

Foudre au sol enschéma IT

• le phénomène décrit pourle schéma TT peut seretrouver en schéma IT siles prises de terre sontséparées et noninterconnectées,• si les prises sontinterconnectées, cetteboucle n’existepratiquement pas puisque lePE est posé à proximité desconducteurs actifs et quel’ensemble est interconnectéà une seule prise de terre.

Courants vagabondsDes courants “ vagabonds ”circulent dans la terre. Ce sont typiquement des courants telluriques àbasses fréquences ou descourants à fréquence industrielle provenant dedéfaut HT. Ces courantspeuvent affecter les prisesde terre rencontrées. Leurinfluence se fait sentir dans

le cas où plusieurs prises deterre existent dans unemême installation électrique,notamment en schémas TT,TN-C, IT non interconnecté.• TT : de faiblesdéséquilibres de tensionpeuvent apparaître entre lesprises de terre du neutre etles prises de terre desmasses d’utilisation, • TN-C : ces mêmesdéséquilibres sont possiblesentre les différentes prises

de terre du PEN et influentalors sur l’équipotentialité dece dernier, • IT non interconnecté : lasituation est similaire à celledu schéma TT. Ces mêmes courants“ vagabonds ” sont souvent responsables de la corrosion des prisesde terre car ils contiennentune part importante decomposante continue.

figure 22

boucle

H

figure 21

Le chemin TT introduit une boucle naturelle

En schéma TN la boucle de courant n’existe pratiquement pas

GuideTechnique 11


(Voir tableau comparatifpage 12).Aucun régime de neutren’est universel et tous lesSLT permettent d’assurerune égale protection contreles chocs électriques dèslors qu’ils sont mis enœuvre et utilisés enconformité avec les normes.Le choix d’un SLT n’est pastoujours possible. Lespropres choix techniques dudistributeur d’énergie pourson réseau, la puissance del’installation et les normespeuvent imposer un SLT oulimiter le choix.Un choix n’est pasforcément unique pourl’ensemble de l’installation,plusieurs SLT peuventcoexister à l’intérieur d’unemême installation pourrépondre à divers besoinsdu site concerné. Des critères decomparaison développés ci-après peuvent guider cechoix :

1er critère : protection des personnes contreles chocs électriques

Sur ce critère tous lesrégimes de neutre sontéquivalents dès lors qu’ilssont mis en œuvre et utilisés en conformitéavec les normes.Mais :• schéma TN : il faut êtrevigilant en cas d’extensionde l’installation car laprotection des personnesest entièrement basée sur lacontinuité du conducteur deprotection, la maîtrise desimpédances de boucle et labonne adéquation des

réglages des protectionsavec ces impédances.Il faut donc s’assurer queles extensions ne modifientpas ces conditions. • schéma IT : mêmesrecommandations pour cequi concerne le défautdouble.

2ème critère : protection desbiens contre les incendiesou explosions d’origineélectrique

Schémas TT et ITL’exploitation corrected’installation en schéma TTet IT conduit à un risqued’incendie quasi nul et leschéma IT est conseillédans les installationsprésentant des risquesd’explosion.• Schéma TN : en exploitation normale leTN-C présente un risqued’incendie plus élevé queles autres.En effet, le courant dedéséquilibre des chargesparcourt en permanencenon seulement leconducteur PEN, mais aussiles éléments qui lui sontraccordés : charpentesmétalliques, masses,blindages, etc. Pendant uncourt-circuit, les énergiesdissipées dans ces trajetsnon prévus augmententconsidérablement. La valeur élevée descourants de défaut :- interdit le TN-C dans leslocaux à risques,- oblige en TN-S à prévoirdes DDR pour ces mêmeslocaux.

3ème critère : continuitéd’alimentation

Le schéma IT est celui quifavorise la meilleurecontinuité d’alimentation enévitant le déclenchement aupremier défaut d’isolement.Il impose de contrôlerl’isolement par un CPI et dedisposer d’un serviceentretien compétent. Le réseau à neutre isoléprend tout son intérêt si ondétecte les vrais défautsd’isolement dès leurapparition grâce à lagamme Vigilohm Systemqui permet de détecterautomatiquement etimmédiatement les départsen défauts, y compris lesdéfauts fugitifs.C’est ce que fait le CPIXM200 avec les détecteursXD301 (1 départ) ou XD312(12 départs) associés à destores fermés ou ouvrants.Pour satisfaire les sites lesplus exigeants en disponi-bilité, nous offrons desproduits qui permettent demesurer la résistance et lacapacité départ par départet de communiquer cesinformations en local et ensupervision pour aller vers lamaintenance préventive,afin de ne jamais subir ledéfaut terre avec lesappareils suivants XM300C,XD308C, XL308, XL316, etinterfaces XAS locales,XL1200, XL1300, XTU300suivant la configuration del’installation.

4ème critère : protectioncontre les surtensions

Un défaut sur la HT,claquage du transformateurou foudre sur réseau aérien,peut avoir desrépercussions pour leséquipements sensibles,principalementélectroniques qui ont unetenue d’isolement faible.Pour éliminer ce risque, ilest nécessaire en schémaTT d’installer au plus prochedes récepteurs desparafoudres. En schéma IT le matérieldoit pouvoir supporter latension composée entre lesphases saines et la terreaprès un premier défaut etun limiteur de surtension estobligatoire. En schéma TN, l’élévationdu potentiel du point neutreBT par rapport à la terre, encas de défaut, occasionneun risque de contact indirectdangereux entre masses etterre.

5ème critère : compatibilitéélectromagnétique

Le schéma TN-C estdéconseillé en présenced’harmoniques. Lesharmoniques de rang 3 etmultiples de 3, provoquentune perte d’équipotentialitédu PEN et desrayonnementsélectromagnétiques dansles chemins de câbles etdans les structuresmétalliques des bâtiments.

Comparatif des SLT

GuideTechnique12


Critères de comparaison TT TN-S TN-C IT1* IT2*Protection des personnes contre contacts indirects + + + + +les chocs électriques contacts directs + + + + +Protection des personnes contre incendie-explosion - - - interdit + - -les risques d’incendie oud’exploitation d’origine électriqueContinuité d’alimentation creux de tension + - - ++ -

sélectivité - + + ++ +déclenchement - - - + -temps de recherche - + + - +temps de réparation - - - - - - - - - - - -

Protection contre les surtensions foudre sur HT - + + + +claquage transformateur - + + + +

Compatibilité électromagnétique rayonnements + - - - ++ -(CEM) chutes de tension + - - ++ -

harmoniques + + - - + +Coûts à la conception étude de sélectivité - + + ++ +

calcul de L max + - - ++ -à l’installation nombre de câbles + + ++ + +

nombre de pôles + + ++ + +pose des câbles - - - - - ++ - -matériels spécifiques - + + - +

à l’exploitation recherche de défaut - + + - - +coût des réparations - - - - - - - - - - - - vérification des connexions + - - ++ -facilité d’extensions + - - + -

*IT1 = schéma IT en situation de 1er défaut*IT2 = schéma IT en situation de double défaut.

Pour le critère considéré :+ = avantage relatif du schéma- = inconvénient relatif du schéma

Tableau comparatif des SLTLes comparaisons des critères de ce tableau se font ligne par ligne.Les indications portées ne sont pas comparables entre lignes différentes.

GuideTechnique 13


Exemples d’applicationLa distributionde l’énergie électrique del’usine de traitement des eaux deMéry-sur-Oise

L’énergie électrique estdistribuée à partir d’unelivraison EDF en 63 kV, puis transformée en 20 kV.Compte tenu de l’étenduedu site de Méry-sur-Oise et de l’implantationgéographique des centresd’utilisation de l’énergie, ladistribution est réalisée parplusieurs boucles 20 kV quialimentent les postes detransformation 20 kV/3,2 kV

ou 20 kV/400 V. Cettedistribution en boucleassure la continuité del’alimentation HTA et palliele défaut possible sur unetranche de distribution 20 kV. En aval destransformateurs, pourrépondre avec le plus hautniveau de disponibilitépossible à la demanded’eau potable dans latranche 1 de l’usine deMéry, le Schéma deLiaison à la Terre est dutype neutre isolé IT. Ce choix préférentiel assurela meilleure continuité deservice en exploitation, etlors d’un défautd’isolement, l’intensité dudéfaut est très faible. En permanence les CPI

surveillent l’isolement, et la signalisation du premierdéfaut est automatique. Les limiteurs de surtensionsinstallés près destransformateurs écoulent le défaut à la terre en casde défaut HT ou claquagede transformateur. Mais cesdéfauts sont très rares.Par contre, il est impératifde disposer d’un personneld’entretien pour lasurveillance en exploitationet pour la recherche dudéfaut signalé, afin d’éviterle déclenchement desdispositifs de protection surdouble défaut. Sur un siteaussi étendu, la localisationest parfois difficile, et il fautintégrer l’effet capacitif descâbles qui peut contribuer à la baisse du niveaud’isolement global.

Transformateur France-Transfo 63/20 kV.

Cellules moyenne tension Merlin Gerin MC 500.

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Le texte qui suit est unexemple de travauxpratiques proposé en 1998-1999 aux professeursPLP2 Génie Electrique. Il a été développé parl’IUFM de Créteil, CST de Saint-Denis,département GénieElectrique.

Présentation

L’étude porte sur l’îlot I.T.,installé dans le laboratoiredes systèmes, qui permetd’alimenter la salle surchoix de l’utilisateur selon le schéma à neutre isolé.Cette installation est enprincipe représentative denombreuses situationsindustrielles, à un facteurd’échelle près.Le travail proposé supposeune étude attentive desnormes en vigueur, duschéma électrique del’armoire de distribution, et de la documentation du constructeur des disjoncteurs et du C.P.I.

Etude d’une distribution électrique selon le schéma IT

La distribution selonle schéma IT (“ régime IT ”)

Ce mode de distribution est largement utilisé dansl’industrie. Justifier un tel choix.S’informer sur l’état actuelde la normalisation en lamatière.

L’installation didactique : l’îlot IT

Justifier le rôle desdifférents appareillagesinstallés dans l’armoire dedistribution.Quelles règles ont étérespectées pour permettrela commutation TT - ITdans de bonnes conditionsde sécurité ? L’installation est-elleconforme aux normes ?

La distributionélectrique selonle schéma ITdans l’enseigne-ment (IUFM deCréteil - site deSaint-Denis)Chaque installationconstitue en fait un casparticulier, qui ne peut êtreappréhendé qu’au regardde ses propres contraintesd’exploitation. Il apparaîtdonc que l’étude descircuits de distributionélectrique selon le schémaIT en sections de BTSélectrotechnique, deBaccalauréat ProfessionnelE.I.E., ou de BEPélectrotechnique ne peutpas se réduire à uneapproche livresque trèsgénérale.

Des études de cas,s’appuyant sur desinstallations réelles, sontsouvent proposées auxélèves et aux étudiants.

Cet îlot IT est constitué parun local spécifique alimenté :• par défaut selon leschéma TT (obligatoiredans un établissementscolaire),• selon le schéma IT sur choix volontaire duprofesseur responsable(considéré commepersonne qualifiée). Une signalisation lumineuseadaptée informe alors lesutilisateurs.

Une installation de ce typea été réalisée au CentreScientifique etTechnologique de Saint-Denis de l’IUFM de Créteil.Elle a été validée parl’organisme de contrôlechargé de l’établissementet est donc parfaitement “ légale”. Elle permet,lorsque le mode dedistribution IT est choisi,d’effectuer un certainnombre de travauxpratiques relatifs aux savoir-faire présentés ci-dessus.

Antonio RodriguezIUFM de Créteil

Ces études, en fixant uncahier des charges précistiré de la réalité, permettentde mettre en évidence desproblèmes plus concrets etles solutions qui y ont étéapportées. Mais elles ne permettent pas :• de vérifierexpérimentalement les résultats,• d’acquérir les savoir-faireliés aux matérielsspécifiques utilisés dans ce type de distribution :réglage d’un CPI, recherche manuelle ousemi-automatique d’unpremier défaut, contrôle deniveau d’isolement, mesuredu temps d’ouverture d’unDDR sur double défaut.

Ces aspects pratiques sont pourtant essentiels, en particulier pour desélèves de BEP ou de Bac.Professionnel.

C’est pourquoi les guidesd’équipement de la filièreélectrotechniqueprévoient l’existence d’un“ îlot IT ” dans la “zonedes systèmes ”.

Armoire de distribution installée à l’IUFM - Saint-Denis.

GuideTechnique 15


ILOT IT

Réseau 3 X 400 V

Q1

K-40A

300 mA

KM0

Général

Arrêts d'urgence

KM1

POSITION IT

T1

16 kVA

CPI + Cardew

Q2

40 A

KM2 KM3

POSITION IT POSITION TT

Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

D-10A D-10A D-10A D-25A D-10A

30 mA 30 mA 30 mA 30 mA 30 mA

Canalis 1 Canalis 2 Canalis 3 Canalis 4 Réserve

Départs alimentations systèmes

Unifilaire armoire TT-IT

Exploitation de l’installationdidactique

Niveau d’isolement

Le niveau d’isolement duneutre par rapport à la terreest contrôlé en permanence.Quel est le principe mis enœuvre dans l’appareileffectuant ce contrôlepermanent, qui lui permetde détecter indifféremmentun défaut d’isolementneutre-terre ou phase-terre ?Mesurer la valeur courantedu niveau d’isolement.Déterminer le seuil à partirduquel une alarme indiqueune isolation insuffisante.Quelle est la plage deréglage de ce seuil ?

Comportement del’installation surdéfauts

• Premier défaut : des défauts successifsd’isolement à la terre sontsignalés.Proposer une procéduremanuelle de recherche dechaque défaut nenécessitant pasd’appareillage spécialisé.Quelle sont les limites decette démarche dans uncontexte industriel ?S’informer sur le principedu dispositif de recherchede défauts existant. Mettreen œuvre ce dispositif pourlocaliser les défauts.Comment se seraitcomportée une installationéquivalente, mais réaliséeselon le schéma TT, lors dechaque défaut ? Conclure.

• Second défaut :un premier défaut signaléest acquitté, mais nonsupprimé. De nouveauxdéfauts apparaissentsuccessivement. Expliquer le comportementde l’installation danschaque cas.Que doit-il se passer lors de deux défautsd’isolement francs sur deuxconducteurs différents ?Comment peut-onprovoquer cette situation en toute sécurité ? Créerces deux défauts et releverle courant de défaut Id(t)Commenter ce relevé.

• Sécurité des personnesen cas de double défaut :l’installation du site est trèspeu étendue. On supposenéanmoins, lors d’undouble défaut francd’isolement sur deuxphases différentes :- que les deux défautsd’isolement à la masse sontsitués sur deux départsdistincts, et suffisamment “ loin ” de la source pour que l’on puisse admettreque les lignes qui lesalimentent ont les mêmeslongueurs,- qu’ils sont suffisammentproches géographiquementpour permettre un contactsimultané avec les deuxmasses métalliques endéfaut,- que les tensions de sortiede la source sont égales à80 % des valeursnominales pendant ledouble défaut.

Déterminer dans cesconditions si un utilisateur,en contact simultané avec les deux massesmétalliques en défaut, se trouve en danger.

ExploitationpédagogiqueProposer une séquencepédagogique, à caractèreexpérimental, visant àmettre en évidence, avec des élèves de Baccalauréat ProfessionnelE.I.E., les spécificités d’unedistribution selon le schéma IT.

Contrôle de la sélectivité

Justifier la courbe dedéclenchement desdisjoncteurs installés dans l’armoire.Les disjoncteursdivisionnaires installés sontdifférentiels. Pourquoi ?La sélectivité est-elletoujours assurée entre

le disjoncteur général et lesdisjoncteurs divisionnaires ?Vérifier cette propriété en provoquant en toutesécurité une série de doubles défauts.

GuideTechnique16


Prév

0,5 à 125 ASystème multi 9

100 à 630 ACompact + Vigi

1 à 8 000 AVigirex + tores

0,5 à 125 ADisjoncteur multi 9(ou fusible)

80 à 3 200 ADisjoncteur Compact

800 à 6 300 ADisjoncteur Masterpact

ention possible avec : Vigirex option P Compact NS avec bloc surveillance isolement

Dispositifsdifférentielsrésiduels

Si les conditions de protection des personnes etdes biens ne sont pas remplies utiliser des DDRen TN-S

Au 2ème défaut protection par dispositifs contreles surintensités

Dispositifscontre lessurintensités

Limiteur de surtensioncontrôleur permanentd’isolement

N 1 2 3PE

Limiteur de surtensionCardew C(transfo HT/BT)

Contrôle permanentd'isolementVigilohm/Vigilohm system

Recherche automatiqueVigilohm system

Recherche manuelle Vigilohm system

Appareillage

Principalesnormes etdécrets- CEI 364 : installationélectrique des bâtiments,- CEI 479 : effets ducourant électrique passantpar le corps humain,- NF C 15-100 :installations électriques àbasse tension,- NF C 63-080 : dispositifsde contrôle permanentsd’isolement et dispositifs delocalisation de défautsassociés.

Les CahiersTechniques- N° 172 : les Schémas deLiaison à la Terre,- N° 173 : les Schémas deLiaison à la Terre dans lemonde et évolutions,- N° 177 : les Perturbationsdes Systèmes Electroniqueset Schémas de Liaison à laTerre.

Les derniers CahiersTechniques parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider.Code :http ://www.schneider-electric.comRubrique : maîtrise de l’électricité

Bibliographie

Avertissement

Schneider dégage toute responsabilité consécutive à l’utilisation incorrecte desinformations et schémas reproduits dans le présent guide, et ne saurait êtretenu responsable ni d’éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquencesliées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans ce guide.

Documents

Regime Du Neutre