Le régime de neutre TT

L’énergie électrique, bien qu’utile, est dangereuse pour l’homme. Si un courant traverse le corps humain, il y a risque de lésions voir de mort. Il est donc nécessaire de protéger les personnes contre de tels dangers.

Les réseaux de distribution sont caractérisés essentiellement par la nature du courant et le nombre de conducteurs actifs, ainsi que par la liaison à la terre aux régimes de neutre.

La sécurité des personnes et du matériel est assurée différemment en fonction du régime de neutre utilisé dans une installation électrique.

1 – 1 Les trois régimes de neutre

La norme NF C 15.100 définit trois régimes de neutre qui sont caractérisés par deux lettres :

1 ère Lettre : Situation du neutre du transformateur par rapport à la terre.

T : neutre est mis à la terre ;

I : neutre est isolé ou impédant ;

2^e Lettre : situation des masses métalliques par rapport à la terre.

T : masses sont reliées entre-elles et mises à la terre ;

N : masses sont reliées entre-elles et mises au neutre.

1 – 3 TLS (Tension Limite de sécurité)

La Tension Limite de Sécurité UL est la tension de contact la plus élevée qui puisse être maintenue sans danger pour les personnes et pour une durée indéfinie.

En courant alternatif, par exemple :

UL ≤ 12V pour les milieux immergés ;

12V < UL ≤ 25V pour les milieux humides ;

25V < UL ≤ 50V pour les milieux sec.

1 – 4 Deux types de contact

Contact direct : C’est une personne qui touche les parties actives mises sous tension.

Contact indirect : C’est une personne qui touche les parties actives accidentellement, mises sous tension.

1 – 5 Isolation du matériel

Classe 0 : pas de mise à la terre (terre interdite) ;

Classe 1 : mise à la terre ;

Classe 2 : double isolation / double enveloppe ;

Classe 3 : TBTS (Très Basse Tension de Sécurité).

1 – 6 Les régimes

1 – 6 – 1 Régime TT

Le neutre de l’installation est directement relié à la terre.

Les masses de l’installation sont aussi reliées à la terre.

Cette solution est celle employée par l’E.D.F pour les réseaux de distribution basse tension.

Aussitôt qu’un défaut d’isolement survient, il doit y avoir coupure : C’est la coupure au premier défaut.

1 – 6 – 2 Régime TN

Ce régime est INTERDIT DANS LES MILLEUX OU IL Y A RISQUE D’EXPLOSIONS.

Il faut connecté de nombreuse prise de terre afin d’éviter des potentiels dangereux, liaisons équipotentielles.

· Schéma TNC :

Le conducteur neutre N et de protection électrique PE sont CONFONDUS (PEN)

Le conducteur PEN ne doit jamais être coupé : protection uniquement tétrapolaire.

Ce type de schéma est INTERDIT POUR LES CANALISATIONS MOBILES.

· Schéma TNS :

Le conducteur neutre N et de protection électrique PE sont SEPARES (PE + N)

Le conducteur PE n’est pas coupé mais le neutre peut être coupé : protection tétrapolaire + neutre + DDR OBLIGATOIRE.

Ce type de schéma est autorisé pour les sections supérieures à 10 mm² / 6 mm² pour TNC.

1 – 6 – 3 Régime IT

Le neutre est isolé ou relié à la terre par une impédance élevée (1500 à 2000 V).

Le premier défaut ne présente pas de danger. Le courant phase masse est très faible et aucune tension dangereuse n’est à craindre.

Mais il doit être signalé et recherché pour être éliminé. La coupure est obligatoire au deuxième défaut.

2 Régime TT

2 – 1 Principe

Le système de distribution TT est le régime de neutre employé par E.D.F pour toute la distribution d’énergie publique du réseau basse tension.

Dans ce système de distribution :

- T : neutre est mis à la terre ;

- T : masses sont reliées entre-elles et mises à la terre.

Exemple : soit le réseau de distribution TT ci-dessous :

Lorsqu’une phase touche la masse, il y a élévation du potentiel de cette masse.

Soit R_d : La résistance de défaut = 0 W;

R_N: La résistance du neutre = 10 W;

R_a: la résistance de la prise de terre = 20 W.

Il s’établit un courant en rouge sur le schéma :

Id = . Vréseau . = . Uréseau x √3 . avec Vréseau = Uréseau x √3

Rd+R_a+R_n Rd+R_a+R_n

La tension de masse par rapport à la terre est :

Selon la loi d’ohm : Uc = Ra x Id

-- Cette tension est mortelle --

Lorsque dans un réseau TT, survient un défaut d’isolement, il y a une élévation dangereuse du potentiel des masses métalliques qui habituellement sont au potentiel 0V.

2 – 2 Règles

1^ière règle : Toutes les masses des matériels doivent être interconnectées et reliées par un conducteur de protection (PE) à une même prise de terre.

2^ième règle : Si UC ≤ UL, les conditions de protection sont respecté.

- Uc: tension de contact ;

- UL : tension Limite TLS (Tension Limite de sécurité).

3^ième règle : Dans les schémas TT, on assurera la protection par un DDR Dispositif Différentiel à courant Résiduel.

2 – 3 Sensibilité des différentiels

Les disjoncteurs sont classés selon trois catégories :

- Dispositif haute sensibilité : I_D_N = 6 ; 12 ; 30 mA ;

- Dispositifs moyenne sensibilité : I_D_N = 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 1 A ;

- Dispositif faible sensibilité : I_D_N = 3 ; 5 ; 10 ; 20 A.

2 – 4 Fonctionnement d’un DDR

S’il n’y a pas de défaut d’isolement : I1 + I2 = 0 A ce qui implique, Id = 0 A

S’il y a de défaut d’isolement : I1 + I2 ≠ 0 A Id ≠ 0 A ce qui implique, courant induit dans la bobine de lecture, la bobine ferme ces contacts : COUPURE DE L’INSTALLATION.

Sensibilité d’un DDR I∆_n ≤ UL .

R_a

3 Régime TN

3 – 1 Principe

Dans ce système de distribution :

- T : neutre est mis à la terre ;

- N : masses sont reliées entre-elles et mises au neutre.

Exemple : soit le réseau de distribution TN ci-dessous :

On remarquera que tous les défauts d’isolement sont réellement un défaut entre phase et neutre.

L’élévation du potentiel de la masse devient très rapidement dangereuse et les systèmes de protection contre les surintensité (les courts-circuits) doivent couper le circuit dans le temps défini par les courbes de sécurité (voir en annexe).

On distingue deux types de régime TN :

Schéma TN-C : Le neutre N et le conducteur de protection PE sont CONFONDUS.

Schéma TN-S : Le neutre N et le conducteur de protection PE sont SEPARES.

3 – 2 Conditions de protection

La protection est effectuée par disjoncteur ou fusible. Le déclenchement se produit au premier défaut d’isolement.

3 – 2 – 1 Protection par disjoncteur

La comparaison des courbes de fonctionnement d’un disjoncteur et des courbes de sécurité montre qu’un disjoncteur assure la protection des personnes dans un schéma TN, à condition que le courant de défaut soit supérieur au courant de fonctionnement du déclencheur magnétique. I_d > I_rm

Remarque : Dans le cas d’une protection par disjoncteur, si I_d > I_mag le temps de coupure t_d < t₁, pour toutes valeurs de U_c et de U_L.

3 – 2 – 2 Protection par fusible

La comparaison des courbes d’un fusible et des courbes de sécurité montre qu’un fusible assure la protection des personnes dans un schéma TN, à condition que le défaut soit supérieur au courant assurant la fusion I_f du fusible dans le temps t₁ prescrit par la courbe de sécurité.

Remarque : Dans le cas d’une protection par fusible, si I_d > I_f le temps de coupure t_d < t₁, pour toutes valeurs de U_c et de U_L.

3 – 3 Détermination

Dans le schéma ci dessous, qui représente un départ basse tension, la boucle de défaut B, C, D, E est alimentée par une tension estimée à 0,8 fois la tension simple (chute de tension dans le transformateur).

L’impédance de cette boucle de défaut dans un calcul approché est ramenée à la valeur de la résistance des câbles.

La tension de défaut en TN est égale à 80 % de la tension nominal V = 0.8.Vn

Il s’établit un courant en rouge sur le schéma :

Id = . 0.8 x Vn .

R_pe+R_ph

La tension de masse par rapport à la terre est :

UC = R_ph x Id

Si UC ≤ UL, les conditions de protection sont respecté.

-- La protection des personnes en régime TN --

-- s’effectue par un DISJONCTEUR MAGNETIQUE OU FUSIBLE + DDR en TNS --

La protection des personnes est assurée par le magnétique et si Id > Irm.

Il faut que :

le courant de défaut I_d soit supérieur au courant de fonctionnement du déclencheur magnétique I_rm

-- I_d > I_{rm --}

le temps de déclenchement du disjoncteur est inférieur au temps maximal donné par la courbe de sécurité

-- t_{disjoncteur ou fusible} < t_sécurité_--

Si les conditions de déclenchement n’étaient pas assurées, il y aurait lieu :

- La résistivité en augmentant la section des conducteurs ;

- de réaliser des connexions équipotentielles supplémentaires ;

- d’agir sur le réglage du calibre du relais magnétique Irm ;

- d’agir sur la courbe du dispositif de protection ;

- d’agir avec un DDR.

Si on augmente la section des conducteurs

Ø La section ;

Influence de la longueur des câbles

L↑ R_ph, R_pe↑ Id↓

Id doit être supérieur à Irm ; la longueur maximale est de Id = Irm

R = ρ x. Lmax . m = S_ph

S S_pe

Maintenant si S↓ Lmax donné Id↑

ou si S↑ Lmax donné Id↓

Id = . 0.8 x Vn . UC = Ud = R_pe x Id

R_pe+R_ph

4 Régime IT

4 – 1 Principe

Dans ce système de distribution :

- I : neutre est isolé ou impédant ;

- T : masses sont reliées entre-elles et mises à la terre.

Exemple : soit le réseau de distribution IT ci-dessous :

4 – 2 Premier défaut

En régime IT, le premier défaut n’est pas dangereux ainsi que la tension de contact UC < UL, il est nécessaire de localiser le défaut pour éviter le second défaut qui se résumera à un court-circuit entre phase. Il est utilisé dans les hôpitaux, dans les grandes entreprises et dans la marine.

Lors du premier défaut, le courant est très faible du fait de la forte impédance d’isolement du neutre (exemple : réseau à neutre isolé, impédance d’isolement Zi = 50 000 Ω).

Ce type de régime de neutre permet une bonne continuité de service, mais elle nécessite que les conditions suivantes soient respectées :

· L’installation est alimentée par un poste privé ;

· Une équipe de maintenance compétente est présent pour rechercher le premier défaut ;

· L’installation est équipée d’un CPI (Contrôleur Permanent Isolement) et d’un limiteur de tension ;

· Les protections au deuxième défaut sont assurées sur chaque départ.

1ere défaut

Il s’établit un courant en rouge sur le schéma :

Id = . V .

R_a+Z

La tension de masse par rapport à la terre est :

UC = Ud = R_a x Id

-- 1ere défaut : Le potentiel est inoffensif --

Remarque : Dans une installation à neutre isolé (IT), l’impédance équivalente ramenée entre neutre et terre est d’environ 3 500 W par km de ligne ; elle est due aux capacités et aux fuites à la terre qui se font par les isolants.

4 – 3 Deuxième défauts

Soit le jeu de barre ci dessous qui alimente deux départs, et sur lequel il existe deux défauts. L’un sur la phase 1, l’autre sur la phase 3.

2eme défaut

Il s’établit un courant en rouge sur le schéma :

Id = . V .

R_a+ Z

La tension de masse par rapport à la terre est :

UC = Ud = R_a x Id

-- 1ere défaut : Le potentiel est dangereuse --

A travers ces résultats, on voit qu’en cas de défaut double, en régime de neutre IT, on est en présence d’un fort courant de court circuit et d’une tension de contact dangereuse.

Protection en cas de défaut :

Protection par disjoncteurs, Protection par fusible et par DDR (dans le cas d’un défaut double, si les masses sont séparées, on se retrouve dans la situation du régime TT) :

Dans le cas d’un défaut double deux disjoncteurs sont concernés : D₁ et D₂. Il s’agit comme en régime TN d’un court circuit mais entre phases. Il faut que le courant de défaut réponde aux conditions suivantes :

I_d > I_mag1 ou I_d > I_mag2 I_d > I_f1 ou I_d > I_f2