Lycée Qualifiant Technique Classe : 2STE

Settat Prof Mr : MAHFOUDI

PROTECTION : LES REGIMES DE NEUTRE

Connaître les différents schémas de liaisons à la terre définis par la norme NF-C-1500

Justifier le choix d’une configuration de régime de neutre.

I. GENERALITE S :

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 (cf § sur la sécurité de première).

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 ou régimes de neutre.

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

A. Différents systèmes de distributio n :

Les systèmes de distribution sont caractérisés par la nature du courant et le nombre de fils.

Couran t contin u Courant alternatif monophasé

+Ph1

- N

+ Ph1

M- Ph2

1

Ph 1Ph2Ph3N

Couran t alternati f triphasé

Ph1

Ph2

Ph3

Montage étoile 4 fils Montage triangle 3 fils

B. Les trois régimes de neutr e :

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

1 ère Lettre : Situation de l’alimentation ( c à d le neutre ) par rapport à la terre .

T : liaison d’un point avec la terre ;I : isolation de toutes les parties actives par rapport à la terre ou liaison d’un point avec la terre à travers une

impédance très élevée ;

2e Lettre : Situation des masses des récepteurs de l’installation par rapport à la terre :

T : masses reliées directement à la terre ;N : masses reliées au neutre de l’installation, lui-même relié à la terre .

2

C. Régime T T : T : Neutre relié à la terre. T : Masses reliées à la terre.

Prise de terre del’installation Prise de terre des masses

D. Mise au neutre TN :

Ph1

Ph2

Ph3

N

PE

Le neutre de l’installation estdirectement relié à la terre.

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

Cette solution est celle employée par l’ONE. 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.

T : Neutre relié à la terre. N : Masses reliées au neutre.

PENN

Ph1

Ph2

Ph3

PE

N

PE PE

Prise de terre de

l’installation

TN-C TN-S

1. Schéma TN -CLe neutre et le conducteur de protection sont CONFONDUS.

2. Schéma TN -SLe neutre et le conducteur de protection sont SEPARES. Dans les deux cas, la protection doit être assurée par coupure au premier défaut.

Régime TN-C :Le neutre du transformateur est relié à la terre.La masse métallique de l'utilisation est reliée au neutre (câble PEN).

Régime TN-S :Le neutre du transformateur est relié à la terre.La masse métallique de l'utilisation est reliée au neutre au niveau du transformateur par un câble PE.

E. Neutr e isolé :

IT

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.

Avantage :

Le régime IT offre la possibilité de maintenir l'exploitation, malgré l'apparition d'un défaut (tout en assurant la sécurité des personnes !). En effet, la forte impédance de boucle, due à Z, limite le courant de premier défaut et évite l'apparition d'une tension de contact dangereuse.Lorsque l'utilisateur touche la carcasse métallique de la machine, il est soumis à une tension Ru*Id .Avec : Id = V/(Ru + Rn + Z) . (V étant la tension d'une phase par rapport au neutre) En choisissant Z suffisamment grande , Id sera faible et la tension de contact Uc = Ru*Id ne sera pas dangereuse pour l'utilisateur.

(le courant qui traverse la personne vaut : Ic = Ru*Id/Rc , Rc : résistance du corps humain)Les masses de toutes les machines doivent être reliées au conducteur PE.En cas de deuxième défaut (une deuxième phase touche la carcasse d'une autre machine, entraînant un court-circuit entre les deux phases, car toutes les carcasses sont reliées entre elle via le conducteur PE) , la protection est assurée par le dispositif de protection contre les courts circuits.

Note : Le contrôleur permanent d'isolement permet de signaler le premier défaut. L'installation d'un limiteur de surtension est obligatoire.

Rq : Le régime du neutre IT permet la continuité du service pendant le 1er défaut.

II. REGIME TT :

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.

A. Princip e :

Dans ce système de distribution :- Le neutre de la source d’alimentation est mis à la terre ;

- Les masses de l’installation sont mises à la terre . Exemple : soit le réseau de distribution TT ci-dessous :

3

Régime IT :I : Le neutre du transformateur est isolé de la terre (ou reliée à la terre par une forte impédance Z : 1500 à 2000 Ω)T : Les masses sont reliées à la terre .Ru : Résistance de terre, doit la plus faible possible .

Id

Id

Uc

Id

:

A

Ph1Ph2Ph3N

220V

Prise de terre duneutre

Uc RN

Id

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

Soit RD : La résistance de défaut = 0 ; RN: la résis tance de la prise de terre du neutre = 10 ; RA: la résistance de la prise de terre des masses = 20 ;

Il s’établit un courant en rouge sur le schéma : I D 220 /R A RD RN 220 / 30 7.33A

La tension de masse par rapport à la terre est U c R A * Id

146.6V

Cette tension est mortelle.(cf § cours de première : les dangers du courant électrique)

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).

B. Règles à observ e r :

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

2ième règle : La condition de protection doit satisfaire à la relation suivante : R

- IΔn : Courant de fonctionnement du dispositif de protection ;- RA : résistance de la prise de terre des masses ;

* IΔ

≤ VL

- VL : Potentiel limite :VL = 50V, 25V selon les locaux.

3ième règle : Dans les schémas TT, on assurera la protection par un dispositif différentiel à courant résiduel. Dans ce cas,

le courant IΔn est le courant différentiel résiduel du disjoncteur.

UcRA

C. Sensibilité des différentiel s :

- Les disjoncteurs sont classés selon trois catégories :- Dispositif haute sensibilité : IN = 6 ; 12 ; 30 mA ;- Dispositifs moyenne sensibilité : IN = 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 1 A ;- Dispositif faible sensibilité : IN = 3 ; 5 ; 10 ; 20 A.

D. Emplacement des dispositifs différentiel s :Toute installation TT doit être protégée par un

dis positif différentiel résiduel placé à l’originede l’installation.

4

III. EXERCIC E :

Une installation électrique est composée d’une résistance chauffante triphasée et d’un moteur asynchrone triphasé. Leschéma du montage est celui ci :

1- Surligner en rouge les phases et en bleu le neutre de l’installation. Les nommer.

T1

D1

F1

kM1

D2

F2

M3

2- Dessiner en vert le conducteur deprotection électrique afin de réaliser un régime de neutre TT. On notera la résistance de terre du neutre Rn et celle des masses par Ra.

3- Un défaut d’isolement se produit dans les résistances entre la phase 1 et la masse métallique. Dessiner en pointillé le parcours du courant de défaut. La résistance de défaut Rc n’est pas nulle ! En déduire le schéma équivalent(le dessiner à coté du schéma).

4- Calculer le courant de défaut passant à la terre et les tensions de contact entre les résistances et la terre, entre le moteur et la terre, entre les deux récepteurs.

Données Rn =10Ω, Ra = 10 Ω, Rc = 4 Ω, T1 : 20kV / 240/400 V.

5- En déduire si ce type de défaut est dangereux. Local sec.

6- Donner le type de matériel à installer pour assurer la protection des personnes. Donner son calibre de réglage et le dessiner sur le schéma.

Choix d’un régime de neutre   : Le choix d’un régime de neutre peut s’effectuer selon 4 cas :

1er cas : où le régime de neutre est imposé. 2éme cas : où il ya problème de la continuité de service. 3éme cas : en fonction du type de réseau. 4éme cas : en fonction du type des récepteurs.

Type d’installation Imposé Conseillé Possible Déconseillé1er cas Installations domestiques TT

Etablissements scolaires TT2éme cas Les hôpitaux IT

Installations de sécurité (Eclairage de secours…).

IT

Mines IT TT3éme cas Réseau très étendu TT

Réseau perturbé TN TT ITRéseau avec courant de fuite important If >500mA

TN TT IT

Groupe électrogène de secours. IT TT TN4éme cas Récepteurs sensibles au grand

courant de fuite (Moteurs ….).IT TT TN

Récepteurs à faible isolement (Fours…).

TN TT IT

Récepteurs monophasé (Mobiles ; semi fixes…).

TT TN IT

Exercice   : Z = 2000 , Ru = 22 , l'impédance de l'homme vaut1000 .Le défaut est toujours franc (Rd = 0.1. Tracer le schéma équivalent électrique de la maille dans laquelle circule le courant de défaut.2. Déterminer la tension de contact subit par l'homme

par rapport au sol lorsque la machine M2 est en défaut d'isolement.3. Déterminer le courant de choc supporté par la

personne.4. La personne est-elle en danger ?5. En combien de temps l'installation doit-elle être coupée si la tension limite de sécurité admise est de 25 V AC ?

(voir courbe de sécurité)6. Le fait de relier les carcasses des appareils à la terre est-elle suffisante ?

220V-50Hz

Z Ru M1 M2