Schéma de Liaison à la Terre TN
Définition et norme pour le SLT TN
T : liaison du neutre à la terre
N : liaison des masses au neutre
Ce type de schéma dit de "mise au neutre" est de transformer tout défaut d'isolement en court-circuit monophasé PH/N pour faire déclencher le disjoncteur magnéto-thermique.
Une 3ème lettre représente la disposition du conducteur de neutre et du conducteur de protection :
- TNC (commun) : Le neutre et le conducteur de protection sont combinés en un seul conducteur (PEN)
- TNS (séparé) : Le neutre est séparé de la terre
Ce que dit la norme ?
Un défaut entre phase et masse doit être éliminé dans un temps d'autant plus court que la tension de contact Uc (différence de potentiel entre masses simultanément accessibles ou entre la masse et la terre) est plus élevée.
En régime de mise en neutre TN ou de neutre isolé IT (défaut double), la protection des personnes contre les contacts indirects se réalise par les dispositifs de protection contre les surintensités.
Le déclenchement du disjoncteur doit intervenir au premier défaut dans le régime de mise au neutre TN.
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Étude du défaut
Un défaut apparaît sur le récepteur 1 entre la carcasse métallique et la phase 1.
Tension de défaut Ud dangereuse et élevée si elle est supportée trop longtemps. La norme donne un temps maximum de défaut de 20 ms.
En cas de défaut, c'est la partie magnétique de la protection qui va déclencher : Id > Im seuil de déclenchement du dispositif magnétique.
La protection est donc assurée par des disjoncteurs magnéto-thermiques beaucoup moins coûteux qu'un DDR. Cette installation nécessite beaucoup de calcul et d'étude notamment par rapport à la section des câbles, c'est pourquoi ce schéma est réservé aux installations industrielles.
Exercice
À recopier sur votre feuille :
En examinant les animations répondez aux questions suivantes:
- En régime TN, par quel dispositif est assuré la sécurité des personnes ?
- Écris l'expression de Id. Que signifient RPE et RPH ?
- D'où vient la constante 0,8 V dans la formule d'Id ?
- Donne l'expression de la tension de défaut Ud et explique physiquement ce qu'elle représente.
- On considère que Rpe=Rph, exprimez Ud par rapport à V. Pour V=230V, que vaut Ud.
- Quel organe de protection doit déclencher en priorité: thermique ou magnétique du disjoncteur ? Pourquoi ?
- Que signifie la condition "Id > Im" ? Comment choisit-on Im ?
- Quels critères de temps de coupure impose la NF C 15‑100 en régime TN pour des circuits ≤ 32 A ? (ordre de grandeur)
- Comment la section des conducteurs influence-t-elle Id et le temps de coupure ?
Nous avons un défaut virtuel entre la carcasse de la pompe et la Terre. Le défaut est franc.
On vous donne :
- Rph = 0.1Ω
- Rpe = 0.1Ω
- U = 400V
Questions :
- Déterminer le courant de défaut
- Déterminer la valeur de la tension de défaut et conclure sur la dangerosité du défaut.
- Nous avons installé un disjoncteur magnéto-thermique de type NG160 40A.
Ce disjoncteur assure-t-il bien la protection des personnes et pourquoi ?
Schéma de Liaison à la Terre IT
Définition et norme pour le SLT IT
Définition :
I : neutre isolé de la terre (ou impédant)
T : liaison des masses à la terre
En régime IT le premier défaut ne pose aucun problème particulier.
Ce régime de neutre permet donc une continuité de service lors d'un premier défaut (la machine ou l'installation peut continuer de travailler même avec un défaut).
Cette option intéresse énormément les industriels qui utilisent beaucoup ce régime de neutre.
Dans ce type de schéma, dit à « neutre isolé » le neutre du transformateur est :
- soit isolé de la terre (neutre isolé)
- soit relié à la terre par une impédance élevée (neutre impédant)
et toutes les masses de l'installation sont reliées à la terre
Texte légal : Ce que dit la norme ?
Un défaut entre phase et masse doit être éliminé dans un temps d'autant plus court que la tension de contact Uc (différence de potentiel entre masses simultanément accessibles ou entre la masse et la terre) est plus élevée.
En régime de mise en neutre TN ou de neutre isolé IT (défaut double), la protection des personnes contre les contacts indirects se réalise par les dispositifs de protection contre les surintensités (dispositif thermique).
Le déclenchement du disjoncteur doit intervenir en cas de deux défauts simultanés dans le régime de neutre isolé IT.
La norme NF C 15-100 impose l'utilisation d'un contrôleur permanent d'isolement (CPI) sur tout réseau IT pour prévenir l'utilisateur d'un premier défaut par un klaxon et un voyant.
Schéma et analyse de défaut en SLT IT
Architecture d'une installation en régime IT et parcours du courant en cas de 1er Défaut
Voir l'animation ci-dessous
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Parcours du courant en cas de 2ème Défaut
Voir l'animation ci-dessous
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CPI : Contrôleur permanent d'isolement
Un contrôleur permanent d'isolement (CPI) est nécessaire pour signaler tout défaut d'isolement (alarme sonore + voyant).
Le défaut doit être éliminé avant l'apparition d'un second défaut, qui produirait la coupure de l'installation.
La coupure a lieu lors de deux défauts d'isolement simultanés par déclenchement des protections contre les surintensités (disjoncteurs, fusibles).
Ce contrôleur mesure en permanence l'isolement du réseau par rapport à la terre et signale toute baisse en deçà d'un seuil défini généralement à 0,8 fois la valeur de l'isolement normal (sans défaut).
Recherche de défaut
La recherche de défaut est associée à la fonction de contrôle d'isolement. Deux types de recherche de défaut (sans ouverture de départs) sont possibles :
- Recherche manuelle (avec récepteur mobile)
- Recherche automatique (réalisée par des localisateurs associés à des tores placés sur les départs)
Questions de compréhension
À recopier sur votre feuille :
- Que signifient les lettres I et T dans le régime IT ?
- Quel est l'avantage principal du régime IT par rapport aux autres régimes de neutre ?
- Pourquoi le régime IT intéresse-t-il particulièrement les industriels ?
- Que se passe-t-il lors d'un premier défaut en régime IT ?
- Quel dispositif la norme NF C 15-100 impose-t-elle obligatoirement sur un réseau IT ?
- À quel seuil le CPI signale-t-il une baisse d'isolement ?
- Pourquoi est-il indispensable de lever le premier défaut ?
Exercice pratique
Problème : Analyse d'une installation en régime IT
Contexte :
Une usine pharmaceutique utilise un régime IT pour assurer la continuité de service de ses équipements critiques. L'installation est alimentée en 400V triphasé.
Données :
- Tension composée : U = 400V
- Tension simple : V = 230V
- Résistance de prise de terre des masses : RT1 et RT2 = 10Ω
- Résistance de défaut (1er défaut) : Rd1 = 0Ω
- Résistance de défaut (2ème défaut) : Rd2 = 0Ω
- Résistance du conducteur de phase : Rph et Rpe négligeable devant les autres résistances.
- Disjoncteur installé : courbe C, calibre 16A (seuil magnétique Im = 10 × In = 160A)
- Seuil de réglage du CPI : 80% de l'isolement normal
Questions :
Partie 1 : Premier défaut
- Calculer le courant de défaut Id1 lors du premier défaut. (On considère que le courant passe par la capacité du réseau, négligeable)
- Le disjoncteur va-t-il déclencher lors de ce premier défaut ? Justifier.
- Quelle sera la réaction du CPI ?
Partie 2 : Second défaut (défaut double)
Un second défaut apparaît sur une autre phase avant que le premier défaut n'ait été éliminé.
- Dessiner le schéma équivalent du circuit de défaut en cas de double défaut.
- Calculer le courant de défaut Id2 en cas de double défaut.
Indication : Id2 = U / (Rph + Rd2 + RT1 + RPE + Rd1 + RT2) - Le disjoncteur va-t-il déclencher ? Dans quel délai approximatif ?
- La protection des personnes est-elle assurée ? Justifier.
- Que faudrait-il rajouter ?
Aide au calcul :
Rappel : En régime IT, le premier défaut ne provoque qu'un très faible courant de défaut (courant capacitif négligeable). C'est le second défaut qui transforme la situation en un court-circuit entre deux phases à travers les masses, provoquant un courant important.
Le choix d'un SLT
Protection des biens contre les incendies ou les explosions
Le schéma IT et TT ne présentent pratiquement pas de risques. Le IT est même recommandé dans les lieux à risque explosif. Par contre le schéma TN notamment TNC présente des risques d'incendie plus élevés.
Protection des personnes
Les 3 schémas sont équivalents mais il faut être vigilant sur le schéma TN notamment dans le calcul des protections en cas d'extension de l'installation.
Continuité de service
La continuité de service caractérise la capacité d'une installation à fonctionner le plus longtemps possible sans coupure. Dans le cas d'une continuité de service impérative, le schéma IT est primordial car il ne coupe pas au premier défaut mais il requiert la présence de personnel qualifié pour régler le 1er défaut au plus vite.
Le coût de revient
L'installation la plus coûteuse est IT de part le matériel et le personnel nécessaire. La moins coûteuse reste le TN car il n'y pas de différentiels qui coûtent très chers.
Norme
