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LES REGIMES DU NEUTREou schémas de liaison à la terre (SLT)
Les régimes de neutre sont des dispositions qui décrivent comment sont connectés le conducteur NEUTRE et le conducteur de protection sur les installations électriques.
1. DEFINITIONS
1.1 Le NEUTRE
Ce sont les points neutres des transformateurs HT/BT ainsi que les conducteurs neutres qui, en régime équilibré, ne sont parcourus par aucun courant.
1.2 Les MASSES
Ce sont les parties conductrices accessibles d'un matériel électrique susceptibles d'être mises sous tension en cas de défaut.
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1.3 Le conducteur de protection PE (Protection Equipotentielle)
C'est un conducteur de couleur VERT/JAUNE dont la fonction est de relier toutes les masses métalliques des appareils à la terre.
En cas de défaut, il permet de canaliser le courant électrique provoqué par le défaut.
Le conducteur de protection n'est pas distribué par le fournisseur d'énergie
1.4 La TERRE
La terre peut être considérée comme un milieu conducteur .
L'utilisation d'un piquet de terre ( ou autre ) pour la mise à la terre ne permet pas de réaliser un contact parfait entre ce piquet et la terre.
En effet,il existe une résistance de contact,non négligeable,qui peut atteindre quelques dizaines,voire quelques centaines d'Ohms .
On l'appelle la RESISTANCE DE PRISE DE TERRE.
On la symbolise par une résistance fictive Ru.
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1.5 L’isolement électrique
C'est la capacité que possède une installation, un appareil ou partie d'un appareil à ne pas laisser entrer en contact une de ses parties avec un autre potentiel autre que le sien ( dans les conditions normales ).
En présence de deux potentiels différents, il peut y avoir circulation d'un courant.
En cas de mauvais isolement, on parle de DEFAUT D'ISOLEMENT.
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2. IDENTIFICATION DU REGIME DE NEUTRE
Le régime de neutre est identifié à partir de 2 ou 3 lettres :
La première lettre permet d'identifier la situation du neutre par rapport à la terre :
T : liaison directe du neutre à la terre
I : absence de liaison du neutre à la terre, neutre isolé ou liaison par l 'intermédiaire d'une impédance
La deuxième lettre permet d'identifier la situation des masses de l'installation :
T : connexion directe des masses à la terre
N : connexion des masses au neutre
la troisième lettre est nécessaire dans le cas du régime de neutre TN TNC : le conducteur neutre et conducteur de protection PEN sont Confondus.TNS : le conducteur neutre et conducteur de protection PE sont Séparés.
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3. SCHEMA DE LIAISON A LA TERRE TT
Le neutre du transformateur est relié à la terre.
Les masses métalliques sont reliées à la terre par l'intermédiaire du PE.
Les 2 prises de terre sont distinctes
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circulation du courant en cas de défaut
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nhu
huCf
d
R R RR x R
R R
V I
Schéma équivalent
calcul du courant de défaut Id :
CALCUL DE LA TENSION DE CONTACT Uc entre la carcasse métallique du récepteur R2 et la terre :
cette tension Uc est aussi celle qui existe aux bornes de la résistance Ru, d'où : d
hu
huC I
R R
R x R U
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EXEMPLE :
V = 230 VRf = 0,1 Rc = 0 ( défaut franc )Ru = 25 Rn = 18 Rh = 1 k
La tension de contact UC est dangereuse pour les utilisateurs car Uc > tension conventionnelle de sécurité : 50 V en locaux secs et 12 V en locaux mouillés.
La tension de contact Uc étant dangereuse, un dispositif de protection doit couper l'alimentation électrique du récepteur en défaut.
disjoncteur ou interrupteurDIFFERENTIEL
Le courant Id = 5,41A est trop faible pour faire fonctionner le disjoncteur ou le fusible.On ne s’aperçoit pas du défaut.
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D'après les courbes de sécurité, il doit couper l'alimentation du récepteur en moins de :
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Le dispositif de protection permettant de se protéger dans ce cas s'appelle :
Ce dispositif sera placé dans le circuit de manière à ce qu'il puisse mesurer le courant qui passe dans l'installation, à l'aller et au retour.
D'où le schéma du circuit suivant :
le Dispositif Différentiel Résiduel ( DDR )( associé à un disjoncteur, il devient un disjoncteur différentiel )
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4. SCHEMA DE LIAISON A LA TERRE IT
Le neutre du transformateur est isolé de la terre (neutre isolé) ou dans certains cas relié à celle ci par l'intermédiaire d'une impédance de forte valeur (neutre impédant).
Les masses métalliques sont reliées à la terre par l'intermédiaire du PE.
Le neutre BT étant isolé de la terre, il est nécessaire de pouvoir écouler les surtensions pouvant survenir sur le réseau BT en installant un limiteur de surtensions.
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En cas de défaut :
Si une phase rentre en contact avec le PE, le défaut se boucle par Ru, Rn et l’impédance Z qui relie le neutre du transformateur à la terre.
Z R R
V I
nud
Application numérique :
V = 230VRu = 10Rn = 1Z = 1k
Id = 0,23A
La tension de contact sera UC = Ru Id = 2,3V
Cette tension n’est pas dangereuse
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Nous venons de voir qu'en régime IT le défaut simple n'est pas dangereux, le déclenchement n'est donc pas obligatoire.
Une installation de ce type peut rester en service avec une phase à la masse sans danger pour les personnes.
Toutefois il sera vu plus tard que si un deuxième défaut survient, des potentiels dangereux peuvent apparaître.
En conséquence les règlements obligent :
de signaler
de rechercher
d'éliminer le premier défaut dès son apparition.
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SIGNALISATION D'UN DEFAUT D'ISOLEMENT
La signalisation d'un défaut d'isolement se fait à l'aide d'un contrôleur permanent d'isolement : CPI.
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Le schéma d'un circuit d'alarme raccordé à un CPI signalant tout défaut d'isolement est représenté ci dessous :
Dès qu'un défaut est constaté par le CPI, les signalisations sonore et visuelle sont activées.
Après acquittement du défaut par action sur le commutateur par le personnel d'entretien, la signalisation sonore est désactivée.
Seule reste la signalisation visuelle indiquant que le défaut est toujours présent.
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Pour rechercher le défaut, ouvrir et refermer successivement les départs du réseau en partant de l'amont vers l'aval. Dès que la partie en défaut est mise hors tension la signalisation donnée par le CPI disparaît, le signal sonore est activé.
Lorsque la partie de réseau en défaut est isolée, il ne reste plus qu'à localiser exactement celui-ci et à le supprimer.Le schéma donné permet de ne pas oublier de rebasculer le commutateur d'acquittement une fois le défaut supprimé. Le système d'alarme sera à nouveau en état de veille.
Cette méthode de recherche présente le gros inconvénient de perturberla distribution.
Lorsque les conditions d'exploitation ne permettent aucune coupure, une telle méthode ne saurait donc être envisagée.
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Injection d'un courant très basse fréquence.
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Un générateur de courant très basse fréquence (10 Hz) est relié d'une part à la terre, d'autre part à l'un des conducteurs actifs du réseau à contrôler.
Le générateur très basse fréquence fait circuler dans le défaut un courant qui peut être détecté en utilisant un transformateur tore associé à un filtre sélectif accordé sur cette fréquence.
La recherche peut être effectuée :
par un système mobile portable, composé d'une pince ampèremétrique et d'un récepteur sélectif TBF (10 Hz).
par système fixe automatique, comprenant sur chaque départ un tore associé à un récepteur sélectif TBF (10 Hz).
Ce dispositif est la solution pour harmoniser les impératifs d'exploitation et ceux de la sécurité.
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ETUDE DU DEFAUT DOUBLE
Si un premier défaut n'a pu être éliminé avant qu'en apparaisse un deuxième, affectant un autre conducteur actif sur un autre circuit, on se trouve en présence d'un défaut double.
Ce deuxième défaut (le premier étant toujours présent) va provoquer un court-circuit entre 2 phases ou entre phase et neutre.
La protection des personnes est alors assurée par les dispositifs de protection contre les surintensités, ou par des DDR si les longueurs de câble sont plus grandes que celles autorisées.
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5. SCHEMA DE LIAISON A LA TERRE TN
Le neutre du transformateur est relié à la terre.
Les masses métalliques sont reliées au Neutre par l'intermédiaire du PE.
Il existe en fait, deux schémas d'installation possibles :
les schémas TNC et TNS
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Schéma TNC :
Le neutre et le conducteur de protection PE sont Confondus.
Le conducteur qui sert de neutre et de protection s'appelle le PEN .
Un défaut franc au niveau du récepteur équivaut à la création d'un court-circuit entre une phase et le neutre.
L'utilisation de ce schéma n'est autorisé que sur les conducteurs de section supérieure à :- 10 mm² pour les conducteurs en cuivre - 16 mm² pour les conducteurs en aluminium.
La protection des personnes est assurée par un disjoncteur (protection contre les court-circuits).
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Schéma TNS :
Le neutre et le conducteur de protection PE sont Séparés.(réunis juste au niveau du transfo)
Un défaut franc au niveau du récepteur équivaut à la création d'un court-circuit entre une phase et le neutre.
Le schéma TNS est à utiliser dans les cas où le schéma TNC ne peut convenir, c'est à dire :
- lorsque la section des conducteurs est < à 10 mm² pour le cuivre. - lorsque la section des conducteurs est < à 16 mm² pour l'aluminium. - lorsqu'une longueur de câbles trop importante fait baisser la valeur du courant de court-circuit et par conséquent, le temps de déclenchement du dispositif de protection.
La protection des personnes est assurée par un dispositif différentiel (DDR) associé au disjoncteur.
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6. CHOIX D’UN REGIME DE NEUTRE
- les caractéristiques du réseau ou des récepteurs
La France est alimentée en énergie électrique par un réseau général, dont EDF représente la majorité des fournisseurs. Afin de ne pas subir les inconvénients de sa clientèle en Basse Tension, EDF a choisi de fournir une énergie suivant le régime TT.
Le choix d'un autre schéma de neutre impose donc de détenir un transformateur pouvant modifier ce régime.
Sur le plan de la protection des personnes, les 3 régimes de neutre sont équivalents si on respecte toutes les règles d’installation et d’exploitation.
Le régime de neutre se choisit en fonction de 3 critères :
- régime de neutre imposé
- continuité de service
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Temps de coupure en fonction de la tension limite de sécurité UL
et de la tension de contact UC.
Le choix du SLT a uneinfluence directe sur lavaleur du courant de défautdonc sur la valeur de Uc et sur les dispositions àadopter pour respecter cestemps de coupure du dispositif de protection.
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Simplification de l'installation électrique, protection en cas de défaut d'isolement par disjoncteur ou interrupteur différentiel, calcul desprotections moins contraignant autorisant des modifications aisées des récepteurs.
6.1 Neutre TT
Aucune permanence de spécialiste n'est exigée pour le dépannage.
En contrepartie, les prises de terre devront avoir des valeurs inférieures à celles préconisées par les textes en vigueur :100 si UL < 50V et 24 si UL < 12V
Les disjoncteurs auront (ou pourront avoir) leurs pôles neutre non protégés (ex.: 3P+N, ou 1P+N)), les fusibles auront une barrette de coupure à la place du fusible (pour le neutre).
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6.2 Neutre IT
Installation permettant la poursuite de l'exploitation d'énergie malgré un premier défaut d'isolement même important, comme les salles d'opération en hôpital, la sécurité aérienne, atelier de fonte de métaux, etc,
MAIS nécessité d'avoir un spécialiste en dépannage pour supprimer ce défaut très rapidement, avant le déclenchement d'un deuxième défaut qui va faire déclencher les protections.
De plus, ce schéma oblige la mise en place d'un Contrôleur Permanent d'Isolement (CPI) signalant par alarmes sonores et visuelles tout défaut dans l'installation.
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ATTENTION: Dans un schéma IT, il est interdit de monter des barrettes de neutre sur le pôle Neutre de l'appareil de protection. Un fusible calibré comme les phases est obligatoire.
Les fusibles de neutre, comme ceux des phases, devront actionner un dispositif de coupure omnipolaire (de tous les conducteurs actifs, neutre compris).
Neutre isolé
Utilisé dans les installations de très courte dimensions, et les transformateurs d'isolement dans les ateliers, les salles de bains (prises rasoirs), etc.
Neutre impédant
Utilisé lorsque les dimensions du réseau sont suffisamment grandes pour devoir tenir compte des impédances des lignes. L'impédance de valeur relativement faible (env. 600 à 1000 ohms) permet de s'affranchir de l'impédance des lignes, tout en limitant le courant de défaut.
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Installations électriques dont les récepteurs ont naturellement des défauts d'isolement très élevés comme les radars, les installations de chiffrage (en général, ces récepteurs disposent de filtres capacitifs de forte puissance entre chaque phase et la masse).
6.3 Neutre TN
Les installations électriques fonctionnant sous ce schéma seront calculées avec le plus grand soin en ce qui concerne la protection ampèremétrique (relais magnétiques), des essais devront obligatoirement être effectués, et leurs résultant probants avant toute mise en service normal de cette installation.
Ces installations permettent l'alimentation de récepteurs sans protection différentielle.
En cas de défaut d'isolement, c'est la protection magnétique qui déclenchera la coupure de l'alimentation électrique.
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Les schémas TN nécessitent la mise à la terre du conducteur de protection en plusieurs points tout au long de ce réseau.
De plus, les liaisons Terre (PE) dans les schémas TN-S, et Terre-Neutre (PEN) dans les schémas TN-S, ne devront JAMAIS être coupées depuis l'origine jusqu'à l'appareil d'utilisation, par un commutateur, interrupteur, fusible ou autre.
Les courants résultant d’un défaut d’isolement sont d’intensité élevéeet sont à l’origine :- de pertubations passagères- de risques de dommages élevés- parfois d’incendie
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Neutre TN-C
Schéma TN utilisé principalement dans les installations fixes, ou de forte section en câbles souples (> 10mm2 pour le cuivre).
Neutre TN-S
Schéma TN utilisé principalement dans les installations souples, les installations terminales, ou lorsque les valeurs de prises de terre sont trop élevées pour accepter le schéma TT.Ces installations doivent être très surveillées et peu évolutive
Il peut accepter les protections différentielles, comme le schéma TT. Si c’est le cas, ces dispositifs apportent à ce schéma une meilleureprotection contre l’incendie et une souplesse à la conception del’installation.
C’est un schéma à DÉCONSEILLER car il présente de nombreux risques permanents (chutes de tension le long du PEN, circulation de courant dans les blindages et les masses, champ magnétique rayonné…)
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Comparatif des SLT
