Schéma IT - Protection contre les défauts
En schéma IT, on souhaite que la coupure automatique n'intervienne pas lors du premier défaut
Dans le schéma IT,
- l'installation est isolée de la terre ou un point de l'alimentation, généralement le neutre, est mis à la terre à travers une impédance (schéma IT impédant) ;
- les masses sont mises à la terre :
- soit ensemble (interconnectées par un conducteur de protection PE et collectivement mises à la terre à la borne principale),
- soit individuellement ou par groupes (mises à la terre à des prises de terre différentes).
Le premier défaut
En présence d'un seul défaut d'isolement à la masse ou à la terre, appelé "premier défaut", le courant de fuite Id est assez faible pour que la condition Id x RA ≤ 50 V (cf. paragraphe 3.2) soit respectée et qu'aucune élévation dangereuse de potentiel des masses ne se produise. Dans ce type de schéma :
- un contrôleur permanent d'isolement est exigé. Il doit déclencher un signal sonore ou visuel à l'apparition du premier défaut (cf. Fig. F16),
- la recherche et l'élimination rapide du premier défaut est impérative pour bénéficier pleinement de la continuité de service qui est l'avantage prépondérant de ce schéma des liaisons à la terre.
Exemple de calcul du courant et de la tension de défaut en IT (au premier défaut)
Pour un réseau de 1 km, l'impédance de fuite à la terre du réseau Zf est de l'ordre de 3 500 Ω. L'ordre de grandeur du courant de fuite est de :
[math]\displaystyle{ \frac{Uo}{Zf}= \frac{230}{3500}=66\ mA }[/math] par phase.
En absence de défaut, les courants de fuite des phases à la terre sont pratiquement égaux et déphasés de 120 ° : de ce fait, leur somme vectorielle est nulle.
Si le schéma IT est à neutre distribué, l'impédance de fuite Zfn du conducteur neutre est quasi identique à celle des phases mais le courant de fuite du conducteur neutre à la terre est naturellement nul car il n'y a pas de tension entre le neutre et la terre.
Note : l'hypothèse de tensions de phase équilibrées par rapport à la terre nécessite d'avoir des charges dont les fuites naturelles sont équilibrées par rapport à la terre, ce qui est rarement le cas.
L'exemple indiqué en Figure F17 représente une installation en schéma IT impédant
- dont les masses sont collectivement mises à la terre,
- à neutre distribué (de même section),
- en situation de premier défaut d'isolement (phase à la terre).
Le courant de défaut Id est la somme vectorielle :
- du courant Id1 dû à l'impédance Zc entre le neutre et la terre.
Du fait du défaut à la terre d'une phase, la tension terre neutre est une tension phase neutre soit Uo. Le courant Idi =Uo/Zc soit 230/1500 = 153 mA.
- et du courant de fuite Id2 revenant à la source au travers de la résistance de terre RnA.
Le courant de fuite Id2 est la somme vectorielle :
- des courants capacitifs de fuite des 2 phases saines. La tension des phases saines par rapport à la terre est une tension phase phase (du fait du défaut sur la 3ème phase), de ce fait le courant de fuite de chacune des 2 phases saines est multiplié par [math]\displaystyle{ \sqrt 3 }[/math] par rapport au courant de fuite en absence de défaut. Ces 2 courants sont de plus déphasés de 60°.
Dans le présent exemple, la somme vectorielle des courants de défaut est égale à [math]\displaystyle{ 2 \times \sqrt {3} /2 \times \sqrt3 \times 66 }[/math] mA soit 198 mA.
- du courant capacitif de fuite du conducteur neutre. La tension du neutre par rapport à la terre est une tension phase neutre. Le courant de fuite est de ce fait Uo/ Zfn soit 66 mA dans notre exemple.
Par suite, le courant de défaut Id2 est la somme vectorielle de ces 2 courants. La composition vectorielle montre que le courant Id2 est égal à 198 mA + 66 mA soit 264 mA dans le présent exemple.
La tension de défaut Uf est toujours inférieure à la somme arithmétique :
- de la tension aux bornes de la résistance de terre (RnA x Id2),
- et de la chute de tension dans le conducteur neutre (quelques mΩ x Id1 soit une tension totalement négligeable).
La tension de défaut Uf est de ce fait égale à RnA x Id2 soit 5 x 264 10-3 = 1,32 V tension sans danger pour les personnes.
En schéma IT, la valeur de la tension de défaut Uf au premier défaut est :
- dépendante de l'étendue du réseau (capacité de fuite des câbles) mais reste pratiquement toujours très inférieure à 50 V,
- quasi indépendante du type de schéma IT, schéma IT impédant, avec masses connectées à la terre individuellement ou par groupes, avec masses connectées à la terre ensemble.
Le deuxième défaut
A l'apparition d'un deuxième défaut à la terre, soit sur une autre phase ou soit sur le conducteur neutre, une coupure rapide de l'alimentation est obligatoire. Deux cas sont à considérer pour gérer la coupure de l'alimentation.
Premier cas
Ce cas concerne un schéma IT dans lequel les masses sont interconnectées par un conducteur de protection PE et collectivement mises à la terre, comme indiqué sur la Figure F18.
Dans ce cas, aucune résistance de terre ne se situe sur le chemin du courant de défaut. De ce fait, l'intensité du courant de deuxième défaut est obligatoirement très élevée donc les dispositifs de protection contre les surintensités, disjoncteur ou appareillage à fusible, peuvent être utilisés.
Dans un cas possible, les 2 défauts peuvent apparaître successivement à l'extrémité des 2 circuits de l'installation les plus éloignés entre eux et de la source.
Il est démontré que dans le cas le plus défavorable l'impédance de boucle de défaut est le double de l'impédance de boucle du circuit à protéger. De ce fait, il est nécessaire de doubler l'impédance de boucle du circuit pour calculer le niveau du courant de deuxième défaut présumé et le réglage de son dispositif de protection contre les surintensités.
De plus si le schéma IT est à neutre distribué, les courants de deuxième défaut les plus bas auront lieu quand un des défauts sera un défaut sur le conducteur neutre (en schéma IT les 4 conducteurs, phases et neutre, sont isolés de la terre). De ce fait, dans un schéma IT avec neutre distribué, la tension phase neutre Uo doit être utilisée pour le calcul de la valeur de réglage de la protection contre les courts-circuits Ia soit [math]\displaystyle{ 0,8\frac{Uo}{2Zc}\ge Ia }[/math][1]
avec
Uo = tension phase neutre
Zc = impédance de la boucle du circuit en défaut (voir le paragraphe 3.2)
Ia = courant assurant le fonctionnement du dispositif de protection contre les courts-circuit
Si le conducteur neutre n'est pas distribué alors la tension phase phase Uo√3 doit être utilisée pour le calcul de la valeur de réglage de la protection contre les courts-circuits Ia soit [math]\displaystyle{ 0,8\frac{\sqrt{3}Uo}{2Zc}\ge Ia }[/math][1].
