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
La présence simultanée de deux défauts est dangereuse et la coupure automatique de l'alimentation doit être organisée en fonction de l'interconnexion des masses et de leur mise à la terre.
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 (Coupure automatique en schéma TT)
- 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].
Temps maximal de coupure
Rappel : dans ce 1er cas, les masses sont interconnectées par un conducteur de protection PE et collectivement mises à la terre. Les conditions de déclenchement sont identiques à celles du schéma TN soit :
- pour tous les circuits terminaux dont le courant nominal ne dépasse pas 32 A, le temps maximal de coupure ne devra pas dépasser la valeur indiquée dans le tableau de la Figure F8,
- pour les circuits de distribution et les autres circuits, le temps maximal de coupure est xé à 5 s. Cette valeur limite rend possible la sélectivité entre les dispositifs de protection.
Protection par disjoncteur
Dans le cas présenté en Figure 18, la protection des personnes peut être assurée par des disjoncteurs. Le réglage de la protection magnétique du disjoncteur est à effectuer en fonction de la valeur du courant deuxième défaut pour assurer son déclenchement. L'exigence du temps maximal de coupure (voir le tableau en Fig. 8) est naturellement satisfaite.
La largeur de la plage de réglage des protections Instantané et court retard des déclencheurs Micrologic équipant les disjoncteurs Compact NSX160 permet d'assurer cette protection même dans le cas d'un départ de grande longueur.
Exemple de calcul de protection
Rappel : dans ce 1er cas, les masses sont interconnectées par un conducteur de protection PE et collectivement mises à la terre.
Comme il a été précisé l’impédance de boucle du circuit pour calculer sa protection au deuxième défaut, en utilisant la «méthode conventionnelle» (voir Protection contre les contacts indirects) est égale à 2 fois celle calculée en schéma TN (voir Coupure automatique en schéma TN).
La résistance de boucle du circuit [math]\displaystyle{ FGHJ = 2R_{JH}= 2\rho\frac{L}{a} }[/math] en mΩ
avec :
ρ = résistivité d’un conducteur de 1 mètre de long et de section 1 mm2, en mΩ
L = longueur des circuits en mètres
a = section du conducteur en mm2
Soit la résistance de la boucle FGHJ = 2 x 22,5 x 50/35 = 64,3 mΩ.
D’où la résistance de la boucle BCDEFGHJ est égale à 2 x 64,3 = 129 mΩ.
Le courant de défaut est par suite égal à [math]\displaystyle{ 0,8 \times \sqrt {3} \times 230 \times 10^{3}/129 = 2 470 A. }[/math]
Protection par fusible
Le courant Ia qui assure la fusion du fusible dans le temps maximal spécifié se détermine à partir de la caractéristique temps/courant (cf. Fig. 15). Le courant Ia doit être nettement inférieur au courant de deuxième défaut du circuit protégé (voir Protection par fusible).
Protection par DDR ou par disjoncteurs différentiels
Lorsque les courants de deuxième défaut sont de très faible valeur, en particulier sur les circuits de distribution de très grande longueur et/ou sur les circuits terminaux, la protection des personnes contre les contacts indirects est réalisée au niveau de chaque circuit par des DDR ou par des disjoncteurs différentiels comme pour le deuxième cas développé ci-après.
Deuxième cas
Ce cas concerne un schéma IT dans lequel :
- les masses sont soit individuellement mises à la terre (chaque appareil a sa propre prise de terre), soit par groupes (pour chaque groupe, les masses des appareils sont interconnectées à la prise de terre propre au groupe) ;
- le deuxième défaut apparaît sur un circuit appartenant à un groupe différent de celui du circuit en premier défaut, ou sur un appareil individuellement mis à la terre. Dans le deuxième cas, les résistances de terre des 2 circuits en défaut se situent sur le chemin du courant de défaut et de ce fait, limitent fortement l’intensité du courant de deuxième défaut. Les dispositifs de protection contre les surintensités, disjoncteurs ou appareillages à fusibles, ne peuvent plus être utilisés pour la protection des personnes.
Protection par DDR ou par disjoncteur différentiel
La protection des personnes contre les contacts indirects est réalisée par des DDR sur le circuit alimentant
- un groupe d’appareil (mise à la terre par groupe),
- ou un appareil (mise à la terre individuelle) (cf. Fig. F20).
Le réglage des DDR est similaire à la protection des personnes en schéma TT, en particulier le temps maximal de coupure.
Néanmoins, il est nécessaire lors de la conception du projet de tenir compte des courants de fuite au premier défaut sur les circuits ou le groupe de circuits protégé par un DDR (voir le tableau de la Figure F19).
Note : Si le deuxième défaut apparaît sur un circuit appartenant au même groupe que celui du circuit en premier défaut, les dispositifs de protection contre les surintensités assureront aussi comme dans le 1er cas la protection des personnes contre les contacts indirects.
| Capacité de fuite du réseau (µF) | Courant de 1er défaut (A) |
|---|---|
| 1 | 0,07 |
| 5 | 0,36 |
| 30 | 2,17 |
Nota : 1 µF est la capacité de fuite typique de 1 km de câble tétrapolaire.
Notes
- ^ 1 et 2 fondé sur la méthode conventionnelle indiquée voir (cf. Fig. F12) Coupure automatique en schéma TN
