Schéma IT - Protection contre les défauts

Première situation de défaut

Dans le schéma IT, le premier défaut à la terre ne doit entraîner aucune déconnexion. Le courant de défaut à la terre qui circule est mesuré en mA. Deux exemples différents de calcul du courant de défaut à la terre sont présentés ci-après.

La NF C 15-100, partie 537-3, recommande fortement la recherche de défaut.

Exemple 1

Dans le circuit simplifié présenté sur Fig. F32, le point neutre de la source d'alimentation est relié à la terre par une résistance de 1500 Ω. Le courant traversant la prise de terre sera de 153 mA en cas de défaut (sur un système triphasé 230/400 V). La tension de défaut par rapport à la terre due à ce courant est le produit de ce courant et la résistance du conducteur PE plus la résistance de mise à la terre (de la composante défectueuse à la prise), qui est négligeable.

Fig. F32 – Circuit simplifié.

Exemple 2

Pour un réseau formé de 1 km de conducteurs tel que représenté sur Fig. F33, l'impédance de fuite à la terre (environ 1 µF/km) est représentée par les condensateurs C₁ à C_N. L'impédance capacitive Z_C est de l'ordre de 3500 Ω par phase. En fonctionnement normal, le courant capacitif à la terre est donc :

[math]\displaystyle{ I_c= \frac{U_0}{Z_c}= \frac{230}{3500}=66\ mA }[/math] par phase.

Fig. F33 – Courant de défaut pour un premier défaut dans un schéma IT.

Lors d'un défaut entre la phase 1 et la terre comme dans Fig. F33, les vecteurs de tension et de courant peuvent être représentés comme indiqué sur Fig. F34.

Le courant de défaut traversant la résistance de terre R_A est la somme vectorielle des courants :

• courants capacitifs dans les deux phases non en défaut I_C2 et I_C3,
• courant capacitif dans le I_CN neutre,
• courant dans l'impédance neutre, I_d1.

Fig. F34 – Représentation vectorielle des tensions et des courants en cas de défaut entre la phase 1 et la terre.

Les tensions des phases non en défaut ont (en raison du défaut) augmenté à √3 fois la tension de phase normale, de sorte que les courants capacitifs augmentent de la même quantité : I_C2 = I_C3 = I_C.√3 = 66 x √3 = 114 mA

La tension du neutre est de 230 V, donc le courant neutre capacitif est : I_CN = I_C = 66 mA

Ces courants sont décalés l'un par rapport à l'autre de 30°, de sorte que l'addition vecteur totale I_d2 s'élève à :

[math]\displaystyle{ 2(I_c.\sqrt{3}).\frac{\sqrt{3}}{2} + I_c = 3.I_c + I_c = 4. I_c = 4 \times 66 = 264 mA }[/math]

Par exemple, pour les circuits 3L + N, la valeur du courant capacitif à la terre augmente d'un facteur 4 pendant le défaut phase-terre, par rapport à sa valeur en fonctionnement normal I_C.

Le courant I_d1 à travers la résistance du neutre est de 153 mA (voir l'exemple simplifié ci-dessus).

Le courant traversant le défaut à la terre est donné par la somme vectorielle du courant de résistance neutre I_d1 (= 153 mA) et du courant capacitif I_d2 (= 264 mA).

Il est alors égal à :

[math]\displaystyle{ \sqrt {153^2 + 263^2} = 304 mA }[/math]

En considérant par exemple une résistance à la terre R_A égale à 50 Ω, la tension de défaut U_f est donc égale à : 50 x 304 x 10^-3 = 15,2 V, ce qui est évidemment non dangereux.

Recommandation

Pour profiter pleinement de la continuité de service en cas de premier défaut sur une installation en schéma IT :

• une surveillance permanente de l'isolement à la terre doit être assurée, associée à un signal d'alarme (signaux sonores et/ou clignotants, etc.) fonctionnant en cas de premier défaut à la terre (voir Fig. F35),
• le repérage et la réparation d'un premier défaut sont impératifs si l'on veut tirer pleinement profit du schéma IT. La continuité de service est le grand avantage de ce schéma de liaison à la terre. Comme la continuité de service est assurée, il n'est pas nécessaire (mais quand même fortement recommandé) de réparer immédiatement le défaut, ce qui évite d'opérer sous le stress et l'urgence.

Fig. F35 – Exemple de dispositif de surveillance d'isolement phase-terre utilisé dans le schéma IT.

Deuxième situation de défaut

Le deuxième défaut provoque un court-circuit entre les conducteurs actifs (phases ou neutre) à travers la terre et/ou via les conducteurs de liaison PE (sauf s'il se produit sur le même conducteur que le premier défaut). Les dispositifs de protection contre les surintensités (fusibles ou disjoncteurs) fonctionnent normalement par élimination automatique des défauts.

Les détails et les limites propres au schéma IT sont donnés à la section Schéma IT - Mise en œuvre des protections.

Le guide UTE C15-105 propose trois méthodes :

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

L'élimination des défauts est effectuée différemment dans chacun des cas suivants (voir Fig. F36) :

Fig. F36 – Deux situations différentes à prendre en compte.

1^er 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 Fig. F37.

Fig. F37 – Coupure automatique par disjoncteur au deuxième défaut en schéma IT dans le cas ou les masses sont interconnectées par un conducteur de protection PE et collectivement mises à la terre.

Dans ce cas, aucune résistance de terre n'est incluse dans le parcours du courant de défaut, de sorte qu'un niveau élevé de courant de défaut est garanti. De ce fait, l'intensité du courant de deuxième défaut est obligatoirement très élevée donc les dispositifs de protection contre les surintensités, disjoncteur ou fusible, peuvent être utilisés.

Pour régler les dispositifs de protection, le courant de court-circuit doit être calculé selon l'une des différentes méthodes applicables au schéma TN, comme déjà présenté à la section Schéma TN - Calcul du courant de défaut à la terre :

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

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 I_a soit :

[math]\displaystyle{ 0,8\,\frac{U_0}{2\,Z_c}\ge I_a }[/math]

Où :

• U₀ : tension phase-neutre.
• Z_c : impédance de la boucle du circuit en défaut (voir Schéma TN - Principe).
• I_a : courant assurant le fonctionnement du dispositif de protection contre les courts-circuits.

Si aucun conducteur neutre n'est distribué, la tension à utiliser pour le calcul du courant de défaut est la valeur entre phases, c'est-à-dire :

[math]\displaystyle{ 0,8\,\frac{\sqrt{3}\,U_0}{2\,Z_c}\ge I_a }[/math]

Les réglages des déclencheurs de surintensité des disjoncteurs et les valeurs nominales des fusibles sont les paramètres de base qui déterminent la longueur effective maximale du circuit qui peut être protégé de façon satisfaisante, comme on l'a vu à la section Schéma TN - Calcul du courant de défaut à la terre.

Remarque : dans des circonstances normales, le chemin du courant de défaut traverse des conducteurs PE communs, reliant toutes les masses d'une installation. L'impédance de la boucle de défaut est donc suffisamment basse pour assurer un niveau suffisant de courant de défaut.

2^ième 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 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) (voir Fig. F35).

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 Fig. F38).

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.

Fig. F38 – Correspondance entre la capacité de fuite à la terre et le courant de 1er défaut.

Capacité de fuite (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 pour un câble à 4 conducteurs.

Remarque : voir aussi Protection, coupure et sectionnement du conducteur neutre.