LES SCHEMAS DE LIAISONS A LA TERRE 05/12/2018 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

Objectif et propriétés des schémas de liaison à la terre 05/12/2018 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 (UC) est supérieure à la tension limite de sécurité (UL) Définis par les normes CEI 60364 et NFC 15.100 (France) Chaque schéma a un comportement différent face aux perturbations électromagnétiques Rappel : tension limite de sécurité : 50V en milieu sec 25V en milieu humide Quel que soit le schéma de liaison à la terre (SLT) adopté dans une installation électrique, il faudra veiller, en cas de défaut d'isolement, à ne jamais dépasser ces valeurs limites pendant plus de quelques centièmes de seconde (temps de coupure des appareils de protection).

Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) Définitions et rappels 05/12/2018 Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) Définitions et rappels La 1ere 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 2nde 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 3eme lettre caractérise le conducteur de protection en TN : C -> confondu avec le conducteur de neutre. S -> séparé du conducteur de neutre. NF C 15-100 et CEI 60364

Schéma TT : terminologie Masse des équipements reliée à la terre T Neutre du transformateur relié à la terre T 3 2 1 N PE

Mise en œuvre du schéma TT Défaut d’isolement => courant de défaut phase / terre La valeur du courant de défaut dépend de la valeur des impédances des prises de terre RA et RB Ud PE 3P+N RB RA Déclenchement par DDR :

Schéma TN : terminologie 05/12/2018 Schéma TN : terminologie Neutre à la terre et ... : N T Neutre du transformateur relié à la terre Masse des équipements reliée au neutre TNS TNC 3 2 1 N PE

Mise en œuvre du schéma TN Défaut d’isolement => 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) : PE 3P+N Déclenchement par DPCC : Im < Id Ik3 > Id

Schéma IT : terminologie Masse des équipements reliée à la terre T Neutre du transformateur isolé ou impédant / à la terre I 3 2 1 N PE

Mise en œuvre du schéma IT 1er défaut d’isolement sans danger : Id nul, ou de l’ordre de quelques dizaines de mA, Ud très inférieur à UL. signalisation par le CPI et recherche immédiate du défaut. 3 2 1 N PE CPI

Mise en œuvre du schéma IT 2eme défaut d’isolement => court circuit phase / neutre ou entre phases : Id et Ud équivalent au schéma TN (ou à 3 près). 3 2 1 N PE CPI Déclenchement par DPCC : Im < Id Ik3 > Id

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

Harmoniques et SLT 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 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

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

Couplage par impédance commune 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 ZC = ZAB 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 Il apparaît donc une différence de potentiel UAB = ZAB . In Ordre de grandeur numérique : LAB = 50 m ; ZAB  50 mW. Si In vaut 100 A, il apparaît entre A et B une tension UAB 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

Couplage capacitif Dans l'exemple 2 Filtre RFI Veff, 230 V, 50 Hz Variateur Imc Imc/2 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 Les capacités de couplage entre conducteurs actifs et terre sont réellement présentes Par exemple un conducteur présente une capacité parasite avec la terre que l'on peut estimer à 1mF/km On peut également être amené à devoir prendre en compte des capacités dites parasites constitutives des équipements Rappel : impédance d'une capacité Zc = 1/2.p.f.C soit environ 2000 W pour 500 m de ligne à 150 Hz

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

Tension UBC dont la contribution principale est à 150 Hz (rang 3) Cas du schéma TNS A B Le conducteur de neutre d'impédance : Zn =ZAB N ZN = ZAB 3 2 1 est parcouru par un courant élevé résultant du déséquilibre des charges et des harmoniques de rang 3 et multiples I150Hz C 15 V 20 ms Tension UBC dont la contribution principale est à 150 Hz (rang 3) UBC 150Hz UBA 150Hz Il apparaît donc une différence de potentiel UBA = ZAB . In égale à la tension UBC entre neutre et terre T 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

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

Pour tous les schémas 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.

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