Schéma IT - Protection contre les contacts indirects

Cas du premier défaut

L'automatisation et la télésurveillance facilitent la maîtrise du niveau d'isolement d'une installation en schéma IT.

L’intensité du courant qui circule dans la boucle de défaut en situation de premier défaut est de l’ordre de quelques milliampères.

La tension de contact (analogue à tension de défaut) est la chute de tension créée

• dans la mise à la terre (soit le produit du courant de défaut par la résistance de terre),
• et dans le PE entre la mise à la terre jusqu’à l’emplacement du défaut (soit le produit du courant de défaut par la résistance du PE).

La valeur de cette tension est clairement sans danger et pourrait atteindre quelques volts seulement dans le pire des cas : (par exemple, sur une installation en schéma IT de très grande dimension (capacité de fuite équivalent à 1000 Ω), le courant de premier défaut sera de 230 mA et si la résistance de terre est très mauvaise 50 Ω, la tension de contact ne sera que de 11,5 V ; voir Le premier défaut).

Une alarme sonore et visuelle est délivrée par le Contrôleur Permanent d’Isolement.

Principe physique

Un générateur applique une tension de faible niveau BF ou continue entre le réseau à surveiller et la terre. Ce signal se traduit par un courant de fuite que l'on peut mesurer et qui reflète l'état de l'isolement du réseau.

Les systèmes à basse fréquence sont utilisables sur les installations à courants continus et certaines versions peuvent faire la distinction entre la part résistive et la part capacitive du courant à la terre.

Les réalisations modernes permettent de mesurer l'évolution du courant de fuite : la prévention du premier défaut devient ainsi possible. Les mesures sont transmises par bus en vue de leur exploitation automatique.

Exemples de matériel

Recherche mobile manuelle

(cf. Fig. F53)

Le générateur peut être fixe (exemple : IM400) ou mobile (exemple : XGR portable permettant le contrôle hors tension) et le récepteur ainsi que la pince ampèremétrique sont mobiles.

Fig. F53 – Recherche mobile manuelle

Recherche fixe automatique

(cf. Fig. F54)

Le contrôleur permanent d'isolement IM400 et les détecteurs XD301 ou XD312 associés à des tores installés sur chaque départ permettent de disposer d'un système de recherche automatique sous tension.

De plus, l'appareil affiche le niveau d'isolement et possède deux seuils : un seuil de prévention et un seuil d'alarme.

Fig. F54 – Recherche fixe automatique

Recherche et exploitation automatique

(cf. Fig. F55)

Le Vigilohm System permet également de communiquer avec une imprimante et/ou un PC qui permet de disposer de la vue d'ensemble du réseau, de son niveau d'isolement et de l'historique (chronologie) de l'évolution de l'isolement pour chaque départ.

Le contrôleur permanent d'isolement XM300 et les détecteurs XL308 ou XL316, associés à des tores installés sur chaque départ, comme illustré sur la Figure F55 ci-dessous, permettent cette recherche et exploitation automatique.

Fig. F55 – Recherche et exploitation automatique

Mise en œuvre des Contrôleurs Permanents d’Isolement CPI

La norme NF C 15-100, partie 537-1-3, préconise :

• un seuil d'alarme réglé à 500 Ω,
• un seuil de prévention du niveau d'isolement ajusté à chaque installation.

Branchement

Le CPI est normalement connecté entre le point neutre (ou le neutre artificiel) du transformateur d’alimentation et la mise à la terre.

Alimentation

L’alimentation du CPI devrait être réalisée à partir d’une source parfaitement fiable. En pratique, c’est généralement directement à partir de l’installation à contrôler et en aval d’une protection contre les surintensités d’un calibre adéquat.

Réglages

Certaines normes nationales recommandent un premier réglage à 20% au dessous du niveau de l’installation neuve. Cette valeur permet de détecter une diminution de la qualité de l’isolement nécessitant des mesures de maintenance préventive pour pallier une situation de défaillance naissante.

Le deuxième seuil de réglage du CPI (seuil de détection du défaut d’isolement) doit être réglé à un niveau beaucoup plus bas.

A titre d’exemple, les 2 seuils de réglages peuvent être :

• niveau d’isolement de l’installation neuve 100 kΩ,
• Courant de fuite tolérée (non dangereux) : 500 mA (risque incendie si > 500 mA),
• Réglages des 2 seuils du CPI par l’utilisateur :
  • Seuil de prévention (pour maintenance préventive) : 80% x 100 kΩ = 80 kΩ,
  • Seuil de détection (alarme pour recherche de défaut) : 500 Ω.

Notes :

• Après une longue période de coupure, pendant laquelle toute ou une partie de l’installation est restée hors tension, de l’humidité peut réduire la valeur de la résistance répartie d’isolement. Cette situation qui est principalement due à des courants de fuite à la surface humide d’isolants sains ne constitue pas une situation de défaut et s’améliorera rapidement à la remise sous tension dès que l’élévation de température normale des conducteurs sous l’effet des courants parcourus réduira ou éliminera cette humidité de surface.
• Les contrôleurs d’isolement (CPI) de type XM peuvent mesurer séparément les composantes résistives et capacitives du courant de fuite à la terre, fournissant de ce fait la valeur vraie de la résistance d’isolement.

Cas du deuxième défaut

Le guide UTE C15-105 propose trois méthodes :

• méthode des impédances,
• méthode de composition,
• méthode conventionnelle.

En schéma IT dans le cas où les masses sont interconnectées par un conducteur de protection PE et collectivement mises à la terre (voir Coupure automatique lors du second défaut en schéma IT), un second défaut (à moins qu’il n’apparaisse sur la même phase que le premier défaut) créée un court-circuit phase phase ou phase neutre. De plus, qu’il apparaisse sur le même circuit ou sur un circuit différent du premier défaut, les dispositifs de protection contre les surintensités, disjoncteur ou appareillage à fusible, assurent la coupure automatique de l’alimentation.

Les réglages des magnétiques (ou des protections Court retard et Instantané) des disjoncteurs et les calibres des fusibles sont les paramètres de base qui déterminent la longueur maximale des conducteurs pour laquelle la protection des personnes est assurée comme indiqué à la page Protection contre les contacts indirects.

Note : dans ce cas où les masses sont interconnectées par un conducteur de protection PE, aucune résistance de terre ne se situe sur le chemin du courant dans la boucle de défaut. De ce fait, l’intensité du courant de deuxième défaut n’est limitée que par l’impédance des conducteurs et est obligatoirement suffisamment élevée pour déclencher les protections de surintensités.

Si les longueurs des circuits sont extrêmement importantes, et en particulier si les circuits sont mis à des terres différentes (de ce fait, les 2 résistances de terre sont dans la boucle défaut) la coupure automatique par les protections contre les surintensités n’est plus possible.

Dans ces cas, il est recommandé d’assurer la protection des personnes contre les contacts indirects par un DDR sur chaque circuit. Les réglages des DDR sont similaires 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 protégés par un DDR (voir le tableau de la Figure F19).

Méthodes de détermination de l’intensité de court-circuit

Les mêmes principes que ceux utilisés pour le schéma TN (voir Protection contre les contacts indirects) sont applicables. Les méthodes sont de ce fait :

• la méthode des impédances,
• la méthode de composition,
• la méthode conventionnelle.

La méthode conventionnelle sera la plupart du temps suffisante et conduit à limiter la longueur des différents circuits électriques.

Méthode conventionnelle

(cf. Fig. F56)

Pour les calculs, il est pratique d’utiliser un logiciel approuvé par les autorités nationales, et basé sur la méthode des impédances, tel que Ecodial 3. De nombreux pays publient aussi des guides qui donnent des valeurs typiques de longueurs de conducteurs.

Le principe est le même pour un schéma IT que celui décrit à la page Protection contre les contacts indirects pour un schéma TN : le calcul des longueurs des circuits à ne pas dépasser pour que la protection des personnes contre les contacts indirects soit assurée par les dispositifs de protection utilisés contre les surintensités (disjoncteur ou fusible).

Mais devant l’impossibilité pratique d’effectuer la vérification pour chacune des configuration de double défaut, le calcul pour chaque circuit est conduit dans le cas le plus défavorable: un autre défaut sur circuit identique

• Lorsque le neutre n’est pas distribué, le défaut ne peut être qu’un défaut entre phases et la tension à appliquer à la boucle de défaut est [math]\displaystyle{ \sqrt3 }[/math] Uo.

  C’est le cas recommandé par la norme NF C 15-100.

La longueur maximale du circuit est donnée par la formule suivante :

[math]\displaystyle{ Lmax=\frac{0.8\ Uo\ \sqrt{3}\ Sph}{2\rho Ia\left ( 1+m \right )} }[/math] mètres

• Lorsque le neutre est distribué, la tension à retenir est la tension phase neutre Uo (car c’est le cas le plus défavorable).

[math]\displaystyle{ Lmax=\frac{0.8\ Uo\ S1}{2\rho Ia\left ( 1+m \right )} }[/math] mètres

La longueur du circuit est 2 fois plus faible qu’en schéma TN.

Fig. F56 – Calcul de Lmax en schéma IT, trajet du courant en cas de défaut double en IT

Dans les formules précédentes :

• Lmax = longueur maximale en mètres,

• Uo = tension simple (230 V pour un réseau 230 / 400 V),

• ρ = résistivité à la température de fonctionnement normale (22,5 x 10^-3 Ω x mm²/m pour le cuivre, 36 x 10^-3 Ω x mm²/m pour l’aluminium),

• Ia = courant (A) de fonctionnement (disjoncteur) ou courant (A) de fusion (fusible) dans un temps spécifié,

[math]\displaystyle{ m=\frac{Sph}{SPE} }[/math]

• SPE = section du conducteur de protection en mm²,

• S1 = S neutre si le circuit comporte un conducteur neutre,

• S1 = Sph si le circuit ne comporte pas de neutre.

Tableaux des longueurs Lmax

Le guide UTE C15-105 comporte des tableaux qui indiquent directement la longueur du circuit à ne pas dépasser pour que la protection des personnes contre les contacts indirects soit assurée en fonction des appareils de protection utilisés contre les surintensités.

Les tableaux du guide UTE C15-105 sont établis selon la méthode conventionnelle.

Les tableaux donnant les longueurs Lmax des circuits à ne pas dépasser pour que la protection des personnes contre les contacts indirects soit assurée par les dispositifs de protection utilisés contre les surintensités (disjoncteur ou fusible) sont identiques à ceux donnés pour le schéma TN (cf. tableaux des Figures F41 à F44).

Ces tableaux prennent en compte :

• le type de protection : disjoncteurs ou fusibles,
• le calibre de la protection,
• les sections des phases et du conducteur de protection,
• Le tableau de la Figure F57 indique le facteur de correction à apporter aux longueurs indiquées dans les tableaux F41 à F44 dans le cas du schéma IT.

Circuit	Nature du conducteur	m = Sphase/SPE (ou PEN)
		m = 1	m = 2	m = 3	m = 4
3 phases	Cuivre	0,86	0,57	0,43	0,34
	Aluminium	0,54	0,36	0,27	0,21
3P + N ou 1P + N	Cuivre	0,50	0,33	0,25	0,20
	Aluminium	0,31	0,21	0,16	0,12

Fig. F57 – Facteur de correction à appliquer aux longueurs données dans les tableaux F41 à F44 en schéma IT

Exemple

Soit une installation triphasée (230 / 400 V) en schéma IT.

Un circuit protégé par un disjoncteur de type B de 63 A est constitué de câbles en aluminium de 50 mm² de section par phase et de 25 mm² de section pour le conducteur de protection (PE) .

Quelle est la longueur maximale du circuit, en dessous de laquelle la protection des personnes contre les contacts indirects est assurée par la protection magnétique instantanée du disjoncteur ?

Le tableau de la Figure F42 indique une longueur maximale autorisée de 603 mètres à laquelle il faut appliquer un coefficient de 0,36 (m = 2 et conducteur en aluminium dans le tableau de la Figure F57). La longueur maximale du circuit est de ce fait 217 mètres.