LYCÉE ST GATIEN MODULE TECHNIQUE

Schéma de liaisons à la TerreRégime de neutre

Système : Protection des personnes Régimes TT, TN, IT Résistance de Terre Sensibilité de la protection Courbe de sécurité

BTS ÉLECTROTECHNIQUE

1. Problème posé: L’absence d’une liaison avec la prise de terre représente un danger . (voir ci-dessous)

La protection des personnes contre les contacts indirects ou défaut d’isolement est assurée par ce que la norme NF-C 15-100 appelle les schémas de liaison à la terre ou liaison à la terre.

2. Codification des schémas de liaison à la TerreIl y a 3 régimes de neutre caractérisés par 2 lettres : TT, TN et IT

La 1ere lettre caractérise la source :o T un point du transformateur (le neutre) est relié à la terre locale.o I le point neutre du transformateur est isolé (ou impédant) de la terre locale.

La 2nde lettre caractérise les masses :o T les masses des équipements sont reliées à une terre locale.o N les masses des équipements sont reliées a la terre du neutre de la source.

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3. Le régime de neutre TT3.1. PrincipeLe neutre du transformateur de distribution est mis à la terre à travers une prise de terre de résistance R n. Les masses sont mises à la terre à travers une prise de terre de résistance RA.

Le courant de défaut Id est limité par les impédances du circuit I d=V o

RA+RN¿ 230

20+10=7.6A

La tension de contact Uc est la tension auquelle la personne est soumise lorsqu’elle touche l’appareil en défaut.

Uc = Ra x Id = 20 x 7.6 = 152V tension mortelle

Règles de protection: Coupure automatique de l’alimentation par DDR au premier défaut. Masses interconnectées entre elles et reliées à une même prise de terre. Satisfaire cette relation Ra x IΔn ≤ UL

3.2. ExerciceUne entreprise en régime de neutre TT installe des machines dans un atelier alimenté en 230 / 400 V. La protection des machines est assurée par des DDR 30 A / 500 mA.

1- La phase 3 de la machine 1 touche la masse avec une résistance de contact de 4 Ω:Représenter le courant de défaut.Déterminer ce courant de défaut Id = 230 / ( 4 + 30 + 10 ) = 5.2 A.A quelle tension est soumise la personne qui touche cette machine ? Uc = 30 x 5.2 = 156 V.Le DDR F1 se déclenche-t-il, pourquoi ? Oui, 5.2 A est très supérieure à 500 mA.

. 2- La phase 1 de la machine 2 touche la masse:

Représenter le courant de défautDéterminer ce courant de défaut Id = 230 / 1000 = 230 mAA quelle tension est soumise la personne qui touche cette machine ? Uc = 230 VLe DDR F1 se déclenche-t-il, pourquoi ? Non , 230 mA < 250 mA ( IΔn / 2

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3.3. Exercices d’applicationExercice 1 :

1- On branche une lampe (230V, 150W) entre une phase et le neutre. Que se passe-t-il pour la lampe et le disjoncteur ?I = 150 / 230 = 0.65 A, ce courant est très inférieur à Irth = 20A.Fonctionnement normal.

2- On branche une lampe entre le neutre et la terre, que se passe-t-il ?Pas de différence de potentiel, la lampe ne brille pas.

3- c) On branche une lampe entre une phase et la terre, que se passe-t-il ?I = 150 / 230 = 650 mA, ce courant est supérieure au calibre du différentiel (500 mA).Il y a déclenchement du DDR.

4- d) Un défaut d’isolement se produit sur le lave linge, à partir de quelle tension de contact U c le déclenchement du disjoncteur peut-il se produire ?Le déclenchement du DDR peut se produire à partir de I_n / 2 = 500 / 2 = 250 mA.Uc = Ru x I_n / 2 = 20 x 0.25 = 5 V.

Exercice 2 :

1- On considère un défaut d’isolement entre la phase L2 et la masse de la machine. Calculer le courant de défaut Id.Id = 230 / (15 + 8 ) = 10 A.

2- Le DDR va-t-il déclencher ? Pourquoi ?Oui, 10 A >> 500 mA.

3- Calculer la tension de contact Uc auquelle est soumise la personne. Cette tension est-elle dangereuse?Uc = Ra x Id = 15 x 10 = 150 V.Oui, c’est une tension mortelle.

4- La condition de sécurité Ra x IΔn ≤ UL est-elle respectée ? ( UL = 50 V )15 x 0.5 = 7.5 V , elle est donc respectée.

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4. Le régime de neutre TN4.1. Schéma TN-C (Neutre et PE confondus en un seul conducteur appelé PEN ). 4.2. Schéma TN-S ( Neutre et PE séparés )

Un défaut d’isolement est constaté entre la phase 1 et la masse:1- représenter le courant de défaut Id.

2- déterminer ce courant de défaut. ( ρ cuivre = 0.0225 Ω.mm² / m )( Hypothèse: les impédances amont réduisent la tension de 20 % d’où 0.8 Vn )

I d=0.8∗V 0

LS phase

+ LSPEN

= 0.8∗230

0.0225 4035

+0.0225 4035

=3577 A

Id est un court-circuit Phase - Neutre en régime TN

3- déterminer la tension de contact Uc

U c= ρLSPEN

∗I d=92V

Un défaut d’isolement est constaté entre la phase 1 et la masse:1- représenter le courant de défaut Id.

2- déterminer ce courant de défaut. (ρ cuivre = 0.0225 Ω.mm² / m)( Hypothèse: les impédances amont réduisent la tension de 20 % d’où 0.8 Vn )

I d=0.8∗V 0

LS phase

+ LSPEN

= 0.8∗230

0.0225 3030

+0.0225 3025

=3717 A

Id est un court-circuit Phase - Neutre en régime TN

3- déterminer la tension de contact Uc

U c=ρLSPEN

∗I d=100V

4.3. Règles de protection en schéma TN Coupure au premier défaut Il faut s’assurer que Id ≥ Irm ( courant de réglage magnétique du disjoncteur )

Il faut s’assurer que tf ≤ tc. tf : temps de coupure du disjoncteur tc : temps de coupure maximal autorisé par la norme

Protection par disjoncteur ou fusible ( court-circuit phase-neutre ) Vérification de la longueur des câbles. L < Lmax ( donnée par tableaux )

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.

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4.4. Exercice: Détermination par tableaux de la longueur maximale d’un câble en régime TN.1. A l’aide du tableau ci-dessous, déterminer L max sachant que: Sph = Spe = 10 mm² protégé par disjoncteur 20 A.

L max = 409 m

2. Selon la nature et la section des conducteurs, on applique des coefficients (à multiplier à Lmax).

Déterminer « le nouveau Lmax » si les conducteurs sont en aluminium (utiliser le tableau ci-dessus)L max = 0.62 x 409 = 253 m

3. En utilisant les 2 tableaux précédents, déterminer L max sachant que:- conducteurs en aluminium ;- Sph = 50 mm² ; Spe = 25 mm² ;- disjoncteur 63 A .1er tableau 649 m2ème tableau coefficient correcteur = 0.42, d’où Lmax = 0.42 x 649 = 272 m

4. Que devient L max si la tension limite conventionnelle est de 25 V ?L max = 272 x 0.5 = 136 m

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5. Le régime de neutre IT5.1. régime IT avec masses séparées 5.2. Masses interconnectées

Un premier défaut d’isolement survient sur la machine 1 entre la phase 3 et la masse :1- Représenter le courant de défaut Id1 et calculer le

I d1=V 0

Ra1+Rn+Z= 230

15+5+1000=225mA

2- Calculer Uc1 ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du DDR1 ?Uc1 = Ra1 x Id = 15 x 0.225 = 3.4 VLa tension n’est pas dangereuse, pas de déclenchement

Un second défaut d’isolement survient sur la machine 2 entre la phase 2 et la masse :3- Représenter le courant de défaut Id2 et calculer le

I d2=U 0

Ra2+Ra2= 400

30+15=8.9 A

4- Calculer Uc1 et Uc2; ces tensions sont-elles dangereuses ? Y a-t-il déclenchement des DDR ?Uc1 = Ra1 x Id2 = 15 x 8.9 = 133 VUc2 = Ra2 x Id2 = 30 x 8.9 = 267 VCes tensions sont dangereuses, il y a déclenchement des DDR

Un premier défaut d’isolement survient sur la machine 1 entre la phase 3 et la masse :1- Représenter le courant de défaut Id1 et calculer le :

I d1=V 0

Ru+Rn+Z= 230

10+10+2200=104mA

2- Calculer Uc1 ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du DDR1 ?Uc1 = Ru x Id = 10 x 0.104 = 1 VLa tension n’est pas dangereuse, pas de déclenchement

Un second défaut d’isolement survient sur la machine 2 entre la phase 2 et la masseOn donne : ρ cuivre = 0.0225 Ω.mm² / m

3- Représenter le courant de défaut Id2 et calculer le

I d2=U AH

2LCDSCD

+2LFESFE

= 0.8∗400

2∗0.0225 4025

+2∗0.0225 5035

=3200 A

4- Calculer Uc1 ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du DDR1 ?

Uc1 = LEFSEF

x Id2 = 0.0225 x 5035

x 3200 = 103 V

Cette tension est dangereuse, il y a déclenchement des DDR

5.3. Conditions de mise en oeuvre en IT

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Utilisation: du limiteur de surtension (entre le neutre du transformateur et la terre) d’une impédance de limitation ( Z ) d’un CPI ( contrôleur permanent d’isolement)

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6. Courbe de sécurité6.1. PrincipeLes dangers encourus par les personnes traversées par un courant électrique dépendent essentiellement de son intensité et du temps de passage.

La norme NF C 15-100 définit le temps de coupure maximal du dispositif de protection selon les conditions d’utilisation (UL)

Courbe de sécurité

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Tension limite UL

Milieu sec U < 50 V

Milieu humide U < 25 V

Milieu mouillé U < 12 V

6.2. Exercice d’applicationUne installation monophasée alimente une machine électrique dont la masse est métallique. Le régime de neutre de cette installation électrique est TT.La résistance de la prise de Terre du transformateur de distribution a pour valeur R a=10 Ω., quant à la prise de terre des masses de l'installation, sa résistance vaut Rb= 20 Ω. Le transformateur délivre une tension de 230 V.

a. Schéma électrique Faites un schéma de l'installation en fonctionnement normal. Dessinez le schéma équivalent électrique prenant en compte le régime de neutre.

b. Contact indirect avant contact : Dans le cas d'un défaut d'isolation au niveau de la machine, calculer le courant de défaut dans le pire

cas. En déduire la valeur de la tension de contact.

I d=V oRa+Rb

= 23010+20

=7.7 A

Uc = Rb x Id = 20 x 7.7 = 153 A

après contact : Un homme d'impédance équivalente Rh = 1k Ω entre en contact avec la masse de l'appareil. Redessinez le schéma électrique équivalent. Calculez à nouveau la tension de contact et le courant qui traverse le malheureux. Que faire ?

I d=

V

Ra+Rb∗RhRb+Rh

= 230

10+ 20∗100020+1000

=7.8 A

U c=Rb∗RhRb+Rh

∗I d=20∗100020+1000

∗7.8=152V

Cette tension est dangereuse, il faut mettre un DDR dans le dispositif

Quel seuil de différentiel faut il choisir pour être sur d’interrompre une tension de contact Uc>50 V ?D’après le cours, il faut satisfaire à cette relationRb∗RhRb+Rh

∗I Δn 50

Ce qui nous donne : IΔn < 2.55 A

Quel est le temps maximal admis pour couper l’alimentation ?On lit, pour UC = 152V, t < 0.15s

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