Conseil et formation en ingnierie lectrique LES SCHEMAS

Conseil et formation en ingénierie électrique LES SCHEMAS DE LIAISONS A LA TERRE Comportement d'une installation face aux perturbations électromagnétiques basses fréquences (harmoniques) selon schéma de liaison à la terre

Objectif et propriétés des schémas de liaison à la terre √ Protection des personnes contre les contacts indirects (masse métallique mise accidentellement sous tension) par la mise hors tension automatique du circuit si la tension de contact (UC) est supérieure à la tension limite de sécurité (UL) √ Définis par les normes CEI 60364 et NFC 15. 100 (France) √ Chaque schéma a un comportement différent face aux perturbations électromagnétiques 2

Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) Définitions et rappels √ La 1 ere lettre caractérise la source : • • T > un point du transformateur (le neutre) est relié à la terre locale. I > le point neutre du transformateur est isolé (ou impédant) de la terre locale. √ La 2 nde lettre caractérise les masses : • • T > les masses des équipements sont reliées à une terre locale. N > les masses des équipements sont reliées a la terre du neutre de la source. √ La 3 eme lettre caractérise le conducteur de protection en TN : • • C > confondu avec le conducteur de neutre. S > séparé du conducteur de neutre. 3

Schéma TT : terminologie T T Neutre du transformateur relié à la terre Masse des équipements reliée à la terre 3 2 1 N PE 4

Mise en œuvre du schéma TT 3 Défaut d’isolement => courant de défaut phase / terre • La valeur du courant de défaut dépend de la valeur des impédances des prises de terre RA et RB √ Déclenchement par DDR : 3 P+N PE RB Ud RA 5

Schéma TN : terminologie Neutre à la terre et. . . : T N Neutre du transformateur relié à la terre Masse des équipements reliée au neutre TNC TNS 3 2 1 N PE 6

Mise en œuvre du schéma TN √ Défaut d’isolement => court circuit phase / neutre • La valeur du courant de défaut dépend principalement de la longueur de ligne et de la section des câbles (méthode simplifiée) : √ Déclenchement par DPCC : • • Im < I d Ik 3 > Id 3 P+N PE 7

Schéma IT : terminologie I T Neutre du transformateur isolé ou impédant / à la terre Masse des équipements reliée à la terre 3 2 1 N PE 8

Mise en œuvre du schéma IT √ 1 er défaut d’isolement sans danger : • • Id nul, ou de l’ordre de quelques dizaines de m. A, Ud très inférieur à UL. √ signalisation par le CPI et recherche immédiate du défaut. 3 2 1 N PE CPI 9

Mise en œuvre du schéma IT √ 2 eme défaut d’isolement => court circuit phase / neutre ou entre phases : • Id et Ud équivalent au schéma TN (ou à 3 près). 3 2 1 N √ Déclenchement par DPCC : • • PE CPI Im < I d Ik 3 > Id 10

Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) Synthèse √ Tous les régimes assurent la sécurité des personnes de façon équivalente : • Régime TT : neutre à la terre, carcasses métalliques à une terre locale. clients BT, lieux destinés au public mise hors tension automatique au premier défaut par dispositif différentiel • Régime TN : neutre à la terre, carcasses métalliques à la terre du neutre. sites industriels mise hors tension automatique au premier défaut par DPCC • Régime IT : neutre impédant ou isolé, carcasses métalliques à la terre. sites industriels critiques signalisation du premier défaut par CPI sans coupure de l'alimentation mise hors tension automatique au deuxième défaut par DPCC 11

Harmoniques et SLT Pour comprendre le comportement d'une installation face aux perturbations harmoniques selon schéma de liaison à la terre, deux notions sont nécessaires » la notion de courants de mode commun » l'identification des trajets de circulation possible pour les courants harmoniques Deux cas principaux seront alors à envisager : » La circulation due à un "couplage" dit par impédance commune » La circulation due à un "couplage" dit capacitif 12

Courants de mode commun Définition : ce sont les courants circulant sur une distribution qui, entrant sur un équipement, en ressortent par la liaison équipotentielle terre + masses métalliques Imc/2 Exemple 1 : équipements électroniques communicants Imc/2 Imc Exemple 2 : Veff, Filtres immunité radio fréquence en amont des 230 V, variateurs de vitesse en 50 Hz monophasé et neutre à la terre Imc Imc Filtre RFI Imc/2 Variateur Imc/2 Imc 13

Couplage par impédance commune Dans l'exemple 1 En régime TNC, le PEN (impédance commune : Zc) sera parcouru par un courant élevé résultant du déséquilibre des charges et des harmoniques de rang 3 et multiples A ZC = ZAB In B Impédance commune correspondant à l'impédance de ligne entre A et B et traversée par le courant de neutre In Il apparaît donc une différence de potentiel UAB = ZAB. In Ordre de grandeur numérique : LAB = 50 m ; ZAB 50 m. W. Si In vaut 100 A, il apparaît entre A et B une tension UAB de 5 V, le long d'une liaison censée être une équipotentielle Pour les deux équipements, communicant par exemple en liaison analogique 0 10 V, il y a donc un écart de 5 V entre la référence de potentiel supposée identique du premier et du second équipement : il y a quasi certitude d'erreur de communication 14

Couplage capacitif Tore en situation de localisation de défaut erronée Les capacités de couplage entre conducteurs actifs et terre sont réellement présentes Dans l'exemple 2 Filtre RFI Imc/2 Variateur Veff, 230 V, 50 Hz Imc/2 Imc On peut également être amené à devoir prendre en compte des capacités dites parasites constitutives des équipements Par exemple un conducteur présente une capacité parasite avec la terre que l'on peut estimer à 1 m. F/km Rappel : impédance d'une capacité Zc = 1/2. p. f. C soit environ 2000 W pour 500 m de ligne à 150 Hz Ces diverses capacités offrent donc des trajets possibles et difficilement localisables pour les courants de fuite dont la présence peut provoquer des disjonctions différentielles intempestives ou des signalisations de courants de défaut erronées 15

Cas du schéma TNC Comme il apparaît dans l'exemple 1 analysé ci dessus : √ Les courants harmoniques de rang 3 et multiples s'additionnent en amplitude dans le conducteur de neutre confondu avec le conducteur de protection (PEN). √ Ces courants (couplage par impédance commune) sont la cause d'apparition de tensions le long ce conducteur avec pour effets : » perte d'équipotentialité des masses métalliques » risques élevés d'erreur de transfert d'information sur les liaisons analogiques petit signal 16

Cas du schéma TNS Le conducteur de neutre d'impédance : Zn =ZAB est parcouru par un courant élevé résultant du déséquilibre des charges et des harmoniques de rang 3 et multiples A ZN = ZAB I 150 Hz B UBA 150 Hz C 3 2 1 N UBC 150 Hz T 20 ms Il apparaît donc une différence de potentiel UBA = ZAB. In égale à la tension UBC entre neutre et terre √ La tension neutre/terre qui résulte de cette situation est souvent considérée comme inadmissible par les équipementiers pour le bon fonctionnement des équipements informatiques raccordés à l'alimentation 15 V Tension UBC dont la contribution principale est à 150 Hz (rang 3) 17

Cas du schéma IT √ Diminution du niveau global d'isolement de l'installation par couplage capacitif favorisant la circulation des courants harmoniques vers la terre √ Signalisation de situation de défaut erronée par les relais homopolaires √ Courants de fuite, pas nécessairement détectés par le CPI comme n'étant pas des courants de défaut, et pouvant laisser croire à une situation de premier défaut sur une installation √ Disjonctions différentielles intempestives sur les départs prises de courant inférieurs à 32 A du fait de courants de fuite au travers des capacités parasites constitutives des équipements 18

Pour tous les schémas √ Les courants de fuite dus aux filtres placés en amont des équipement numériques ou aux capacités parasites divers équipements (1 micro ordinateur = quelques m. A) sont vus comme des courants de défaut par les dispositifs différentiels √ En conséquence, dans tous les schémas, il est nécessaire de limiter le nombre de charges filtrées en aval des DDR, particulièrement sur la distribution ultra terminale. 19

Synthèse sur les schémas de liaisons à la terre √ Dans tous les cas, les masses métalliques doivent être reliées à la Terre par un conducteur de protection PE non interruptible √ Tous les schémas de liaison à la terre, correctement exécutés, assurent la protection des personnes de façon équivalente √ Schéma TT : neutre à la terre, carcasses métalliques à une terre locale √ Schéma TN : neutre à la terre, carcasses métalliques à la terre du neutre √ clients BT, lieux destinés au public mise hors tension automatique au premier défaut par DDR sites industriels mise hors tension automatique au premier défaut par DPCC Schéma IT : neutre impédant ou isolé, carcasses métalliques à la terre sites industriels critiques signalisation du premier défaut par CPI sans coupure de l'alimentation mise hors tension automatique au deuxième défaut par DPCC 20