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Conseil et formation en ingénierie électrique LES SCHEMAS DE LIAISONS A LA TERRE Comportement d'une installation face aux perturbations électromagnétiques.

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1 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 son schéma de liaison à la terre

2 2 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 (U C ) est supérieure à la tension limite de sécurité (U L ) Définis par les normes CEI et NFC (France) Chaque schéma a un comportement différent face aux perturbations électromagnétiques

3 3 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.

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

5 5 Mise en œuvre du schéma TT PE 3P+N RBRB RARA Déclenchement par DDR : 3Défaut disolement => courant de défaut phase / terre La valeur du courant de défaut dépend de la valeur des impédances des prises de terre R A et R B UdUd

6 6 Schéma TN : terminologie Neutre à la terre et... : Neutre du transformateur relié à la terre Masse des équipements reliée au neutre TN N PE TNSTNC

7 7 Mise en œuvre du schéma TN PE 3P+N Défaut disolement => 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 : I m < I d I k3 > I d

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

9 9 Mise en œuvre du schéma IT 1 er défaut disolement sans danger : I d nul, ou de lordre de quelques dizaines de mA, U d très inférieur à U L. signalisation par le CPI et recherche immédiate du défaut.

10 10 Mise en œuvre du schéma IT Déclenchement par DPCC : I m < I d I k3 > I d 2 eme défaut disolement => court circuit phase / neutre ou entre phases : I d et U d équivalent au schéma TN (ou à 3 près).

11 11 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

12 12 Harmoniques et SLT 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 Pour comprendre le comportement d'une installation face aux perturbations harmoniques selon son 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

13 13 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 Exemple 1 : équipements électroniques communicants Exemple 2 : Filtres immunité radio- fréquence en amont des variateurs de vitesse en monophasé et neutre à la terre Filtre RFI Veff, 230 V, 50 Hz Variateur Imc/2 Imc Imc/2 Imc

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

15 15 Couplage capacitif Dans l'exemple 2 Filtre RFI Veff, 230 V, 50 Hz Variateur Imc Imc/2 Imc Les capacités de couplage entre conducteurs actifs et terre sont réellement présentes 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 F/km Rappel : impédance d'une capacité Zc = 1/2..f.C soit environ 2000 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 Tore en situation de localisation de défaut erronée

16 16 Cas du schéma TNC 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 Comme il apparaît dans l'exemple 1 analysé ci-dessus :

17 17 Cas du schéma TNS 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 T C 15 V 20 ms Tension U BC dont la contribution principale est à 150 Hz (rang 3) U BC 150Hz U BA 150Hz Il apparaît donc une différence de potentiel U BA = Z AB. In égale à la tension U BC entre neutre et terre A B Le conducteur de neutre d'impédance : Zn =Z AB N Z N = Z AB est parcouru par un courant élevé résultant du déséquilibre des charges et des harmoniques de rang 3 et multiples I 150Hz

18 18 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

19 19 Les courants de fuite dus aux filtres placés en amont des équipement numériques ou aux capacités parasites des divers équipements (1 micro-ordinateur = quelques mA) 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. Pour tous les schémas

20 20 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 ­clients BT, lieux destinés au public ­mise hors tension automatique au premier défaut par DDR Schéma TN : neutre à la terre, carcasses métalliques à la terre du neutre ­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


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