RéseausElectriques

Par : A.OUCHATTI

Réseaux électriques Sommaire     

Transport de l’énergie électrique ; Nécessitée de transport de l’énergie électrique en THT ; Postes d’interconnections et Postes de transformations ; Transformateurs monophasé et triphasé; Protections et régimes du neutre ;

1- Structure d’un réseau d’énergie électrique Un réseau d'énergie électrique est un système comprenant production, transport, répartition et distribution de l’énergie, étape finale pour l'alimentation des consommateurs domestiques, industriels...

Fig.1 : Exemple de la structure d’un réseau électrique. a) Nécessitée de transport de l’énergie électrique en Triphasé :

Caractéristique Résistivité à 10°C:  Masse volumique

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Matériaux x10 3

-9

Ω.m

x10 kg.m

-3

Cuivre

Alu

AMS

Acier

17.6

28.2

32.7

150

8.9

2.7

2.7

7.8

Réseaux électriques

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b) Nécessitée de transport de l’énergie électrique en THT :

Pertes et Chute de tension pour la même puissance transportée P :  En Basse Tension : BT Ph1

L

Ph2 Ph3

V’1

V1 N



En THT Ph1

L

m>>1 U

Ph2

M<<1 U’

Ph3 V V’’1

V1 N

Pour la transmission de l'énergie électrique, il est économiquement intéressant d'augmenter la tension, car cela limite les affaiblissements d'énergie par effet Joule. En effet, à puissance délivrée constante, plus la tension est élevée et plus l'intensité passant dans les câbles est faibles, donc moins d'échauffement, ce qui permet entre autre de réduire la section des câbles, d'où une économie considérable, surtout quand on regarde le prix des matières premières. Les niveaux utilisés pour les transmissions à grande distance sont généralement entre 400 kV et 800 kV, qualifiés de très haute tension (dénomination actuelle : haute tension B). c) Nomenclature : Domaines

Courant alternatif (volts

Courant continu lisse (ondulation < 15%)

HTB

U > 50 kV

U > 75 kV

HTA

1 kV < U ≤ 50 kV

1,5 kV < U ≤75 kV

BTB

500 V < U ≤ 1 kV

750 V < U ≤1,5 kV

BTA

50 V < U ≤ 500 V

120 V < U ≤ 750 V

TBT

U ≤ 50 V

U ≤120 V

Fréquences : 50 Hz en Europe 60 Hz Angleterre - USA 400 Hz Avions, ... Tensions : HTB : 220 kV et 60 kV : transport et distribution 60 kV : alimentation des installations de puissance > 12 MW HTA : 20 kV : alimentation des installations de puissance jusqu'à 12 MW 3 kV et 5,5 kV : alimentation des installations de puissance comprise entre 100 et 1500 kW BTB : 690 ≈ 400√3 V BTA : 230 V et 400 ≈ 230√3 V : distribution à usage domestique ou artisanal TBT : établie en relation avec la tension limite conventionnelle de sécurité UL. FST - SETTAT


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Le système est associé depuis la haute tension (150 - 765 kV) conçue pour interconnecter les centrales de production et transmettre la puissance de ces centres de production vers les points de charges les plus importantes. La répartition s'effectue à un niveau plus faible (HT 70 - 150 kV) reliant le niveau de transport et le niveau de distribution (MT de 1 à 70 kV, BT < 1 kV). Le choix de la tension dépend de nombreux facteurs : les pertes, la stabilité, etc...

Fig.2 : Exemple d’Organisation du transport et de la distribution d’énergie électrique d) Constitution d’un réseau électrique (Equipements) :

Le réseau est constitué de lignes aériennes ou de câbles souterrains et de postes, à divers niveaux de tension. Le cheminement de l’électricité se fait par des lignes aériennes (pylônes et câbles) ou par liaisons souterraines (de plus en plus importante avec les intempéries) d-1) Lignes aériennes :  Les pylônes : Les pylônes ont pour rôle de maintenir les câbles à une certaines hauteurs du sol afin d’assurer la sécurité. Le type des pylônes utilisés dépend des lieux (la topologie des sites et le climat). On distingue aussi les pylônes d’ancrage et les pylônes de suspension. Lorsqu’il se situe de part et d’autre d’une longueur de câbles d’un seul tenant appelé canton, ils stabilisent l’ensemble des autres pylônes, ce sont des pylônes de suspension.

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 Les isolateurs : Les isolateurs ont un rôle électrique et un rôle mécanique :  rôle électrique : ils assurent l’isolement électrique entre le conducteur (ligne) et la masse (pylône).  rôle mécanique : ils sont conçus pour résister aux efforts dus aux conducteurs. Les chaînes dites en V ont un rôle de limitation de balancement de la ligne. Les isolateurs dépendent des pylônes, ils sont dits de suspension ou d’ancrage.

d-2) câbles : Il se produit des pertes du à la résistance des conducteurs qui se traduit (selon la loi d’Ohm) par une chute de la tension le long des câbles et par une dissipation d’énergie (effet Joule). Ceci entraîne l’échauffement des conducteurs. Ces phénomène sont limités, de l’ordre de 5A/mm² jusqu’à 0.7-1 A/mm² pour les grosses sections. • Les câbles à très haute tension : • Les câbles de moyenne tension : Ce type de câble est utilisé pour les tensions de 20KV. Il est constitué de 3 conducteurs de phase autour d’un conducteur de terre dans lequel est incorporé un élément optique. L’isolant est le polyéthylène réticulé qui remplace le papier imprégné sous gaine de plomb utilisé antérieurement. • Les câbles de basse tension : Ce type de câble est utilisé pour les tensions de 600V à 1000V. Ils peuvent être installés « tendu sur poteaux », «tendu sur façade » et « posé sur façade ». Ils sont constitués de trois conducteurs de phase isolés et assemblés autour d’un conducteur isolé servant de porteur.

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d-3) Postes : Par définition, un poste (une sous-station) est une installation d’organes de liaison et d'organes de manœuvre où parvient l'énergie des centrales et d'où cette énergie est orientée vers les centres de consommation. Les postes électriques ont 3 fonctions principales :  le raccordement

d'un tiers au réseau d'électricité (aussi bien consommateur que producteur type centrale nucléaire)  l'interconnexion entre les différentes lignes électriques (assurer la répartition de l'électricité entre les différentes lignes issues du poste)  la transformation de l'énergie en différents niveaux de tension.

Les types de postes électriques Il existe plusieurs types de postes électriques :  Postes

de sortie de centrale : le but de ces postes est de raccorder une centrale de production de l'énergie au réseau ;

 Postes

d'interconnexion dites encore directes (ou d’aiguillage): le but est d'interconnecter plusieurs lignes électriques a même tension (sans transformateur de liaison);

 Postes

élévateurs : le but est de monter le niveau de tension, à l'aide d'un transformateur ;

 Postes

de distribution : le but est d'abaisser le niveau de tension pour distribuer l'énergie électrique aux clients résidentiels ou industriels.

L'aspect des postes électriques varie fortement suivant leurs fonctions. Les postes peuvent être en surface à l'intérieur d'une enceinte, souterrains, dans des bâtiments qu'ils desservent. Le schéma (topologie) de ces postes dépend principalement de deux aspects : 1) niveau de sécurité d’exploitation ; 2) Niveau de souplesse désiré.

Réseau en arbre + facilité de gestion et de protection - manque de fiabilité de l’alimentation

Réseau bouclé + fiabilité de l’alimentation - difficulté de gestion et de protection

Fig.3 : Réseau en arbre FST - SETTAT

Fig.4 : Réseau bouclé Réseaux électriques

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Les éléments constituant un poste : On distingue parfois les éléments d'un poste en "éléments primaires" (les équipements haute tension) et "éléments secondaires" (équipements basse tension) Parmi les équipements primaires, on peut citer :          

Transformateur électrique ; Autotransformateur électrique ; Disjoncteur à haute tension (Appareillage de manœuvre et protection); Sectionneur (isolation : dont la principale fonction est d’assurer l'isolement du circuit qu’il protège (en anglais :"isolator")) ; Parafoudre (protection) ; Transformateur de courant (Appareillage de mesure des courants) ; Transformateur de tension (Appareillage de mesure des tensions) ; Jeu de barre (Appareillage de liaison) Batterie de condensateurs (Appareillage de régulation : compensation de l’énergie réactive) ; Services auxiliaires BT, courant alternatif et courant continu (Parmi les éléments secondaires on peut citer : alimentations des moteurs de commande, la signalisation, les verrouillages, le chauffage, l’éclairage, télécommande, télésignalisation, télémesure...)

Fig.5 : poste à un jeu de barre à un disjoncteur par départ, avec sectionnement.

Fig.6 : poste à deux jeux de barres à un disjoncteur par départ, avec sectionnement.

e) Ajustement de la production à la consommation (dispatching) :

Comme le montre la figure suivante, il est nécessaire d’ajuster en permanence la production d’énergie électrique pour qu’elle corresponde à la demande. Une surproduction ou une sousproduction peut conduire à un effondrement du système électrique et donc à une absence d’énergie électrique.

Fig.7 : Exemple de la consommation en électricité pendant une journée. FST - SETTAT


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Étant donné les diverses propriétés de ses sources d’énergie, elles sont interconnectées. Le nucléaire ayant un faible coût mais une faible possibilité de modulation (variation rapide de la puissance fournie), il sera utilisé pour fournir une puissance correspondant à la puissance moyenne demandée sur le réseau électrique. Les centrales hydrauliques et thermiques permettront d’ajuster plus finement la puissance disponible sur le réseau pour qu’elle corresponde à la demande des consommateurs. La gestion des ressources électriques et du réseau électrique s’appellent le dispatching. Il se base sur des prévisions de la consommation. De minuit à 4 heures du matin la population dort comme l’indique la courbe de charge : la consommation est plus faible. La consommation électrique en hiver est différente de la consommation estivale (ou hivernale) … L’interconnexion du réseau sur un vaste territoire permet de moyenner la demande en électricité sur tout le territoire et donc d’éviter de forts pics de consommation dans la demande d’électricité (passage jour-nuit, …). Elle garantit également la continuité de l’alimentation. Un autre outil a également été développé pour réduire les variations de demande d’énergie : la tarification heure creuse heure pleine.

Conclusion : Les principales fonctions du dispaching sont d'assurer :  l'équilibre

entre la production et la consommation d'électricité à l'échelle du territoire national et de compenser les déséquilibres intra, interrégionaux et internationaux,

 le

secours mutuel entre pays interconnectés dès que l'un deux enregistre un déficit de production ou une consommation accrue, afin de limiter les risques de panne électrique généralisée,

 les

échanges d'énergie sur l'ensemble du territoire marocain et avec les pays voisins dans le cadre du marché méditerranéen de l'électricité.

2- Transformateurs monophasé : Le transformateur est un convertisseur d’énergie électrique AC/AC isolé. Les deux fonctions principales sont la transmission isolée d’énergie et la modification du niveau de tension d’une source alternative. Circuit magnétique seul Réalisation du circuit magnétique par empilement de tôles

Les tôles ont une épaisseur entre 0,4 et 0,7 mm. L’empilement de plan des tôles en " E " et en " I " avec alternance des joints entre le " E " et le " I " permet de fabriquer le circuit magnétique. L’ensemble forme un bloc cohérent quand cet ensemble est collé par serrage grâce aux systèmes vis écrous. Les plans de tôle sont isolés électriquement entre eux par un vernis (réduction des pertes par courant de Foucault). a) Modélisation du transformateur :

Transformateur idéal

Symboles :

Hypothèses    

pas de pertes dans les conducteurs pas de pertes dans le noyau magnétique perméabilité infinie du circuit magnétique couplage magnétique parfait des enroulements

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Équations Le noyau magnétique de section droite S est homogène.

Les deux contours C1 et C2 sont symétriques par rapport à l’axe XX’ et enlacent les mêmes courants et s’appuient sur des circuits magnétiques de mêmes dimensions. C’est donc la même induction B qui circule sur ces deux contours. On a : (formule de Boucherot) e1 : Tension au primaire du transformateur ; e2 : Tension au secondaire du transformateur ; e1=4,44.N1.Bmax.f.S N1: nombre de spires au primaire ; N2: nombre de spires au secondaire ; e2=4,44.N2.Bmax.f.S Bmax : induction maximal dans le circuit magnétique [en Tesla] f : fréquence [en Hz] S : section du circuit magnétique [en m2] d’où: =

avec :

≈

=

m : Rapport de transformation ; Observations  L’application d’une composante continue de tension sur les enroulements sature le matériau magnétique, dans ce

cas le courant appelé tend vers l’infini. Le transformateur ne supporte pas les tensions continues.  Si la source d’énergie est connectée à l’enroulement 1, ce dernier porte le nom de primaire, l’enroulement 2

s’appelle alors le secondaire.  La forme d’onde de e2 est la même que celle de e1.  La forme d’onde de i1 est la même que celle de i1.  Les signaux doivent être alternatifs (sinusoïdaux, carrés, triangulaires,…).  e1.i1 = e1.m.i2 = e2.i2, la puissance instantanée appliquée au primaire est directement transférée au secondaire sans

accumulation d’énergie. D’autre par la puissance est conservée bien que les tensions et courants au primaire et au secondaire soient différents.  Si la source d’énergie est une source de tension, la tension e1 est imposé et indirectement e 2 telle que e2 = m.e1. La

charge connectée au secondaire appelle un courant i2 (loi d’Ohm). Le courant i1 est alors la conséquence de i2 au rapport m près.

Transformateur réel Bilan des imperfections :  Pertes par effet Joule dans les conducteurs (aux enroulements primaire et secondaire) ;  Pertes dans le noyau magnétique par courant de Foucault et par hystérésis ;  perméabilité finie du circuit magnétique (saturation du circuit magnétique) ;  couplage magnétique imparfait des enroulements : FST - SETTAT


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Les éléments du modèle sont parfaits et chacun correspond à la prise en compte d’une imperfection autour d’un transformateur parfait de rapport de transformation m : 

R1 = résistance du fil de l’enroulement primaire



R2 = résistance du fil de l’enroulement secondaire



m = rapport de transformation



Rpf est une résistance image des pertes fer (Pf) : Pf = E12/Rpf.



Lm est l’inductance de magnétisation.



N1.i1 – N2.i2 = R.Lm.i10



lf1 et lf2 sont respectivement les inductances de fuite primaire et secondaire.

(R est la réluctance du noyau magnétique).

Modélisation à partir de l’hypothèse de Kapp : Hypothèse de Kapp : Le flux magnétique dans le circuit magnétique est invariant vis à vis de l’état de charge du transformateur. L’induction maximale dans le fer est Bmax = E1/(4,44.N1.S.f). Faire l’hypothèse que Bmax est constante vis à vis de i1 et i2 équivaut à considérer constante la tension sur l’inductance de magnétisation. Autre conséquence de l’hypothèse de Kapp, les pertes fer sont constantes. Cela revient à placer Lm et Rpf en tête du modèle.

Vu des bornes du secondaire le transformateur est un générateur de tension :

La résistance Rs parcourue par i2 doit dissiper l’ensemble des pertes Joule du transformateur, Rs.I22 = R2.I22 + R1.m2.I22. Donc : Rs= R2 + m2.R1 L’impédance Xs parcourue par i2 doit consommer la même puissance réactive que lf1 et lf2, Xs.I22 = lf2..I22 + lf1.m2.I22. Donc : Xs = (lf2 + m2.lf1). Équation de la maille du modèle vue du secondaire : V2 = m.V1 – Rs.I2 – jXs.I2 

Le diagramme de Fresnel associé est appelé diagramme de Kapp :

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En fait dans un transformateur de distribution Rs.I2 et Xs.I2 sont très petits devant V2 et m.V1. Alors les vecteurs mV1 et V2 ont pratiquement la même direction.  Hypothèse d’Arnold : ces deux vecteurs mV1 et V2 ont même direction.

Dans l’hypothèse d’Arnold les vecteurs V2 et mV1 sont colinéaires et la chute de tension au secondaire U2 se calcule algébriquement. U2 = mV1 – V2 Sur la figure U2 correspond à OB = OA + AB OA = Rs.I2.cos AB = Xs.I2.sin U2 = Rs.I2.cos+ Xs.I2.sin b) Détermination expérimentale des paramètres du transformateur :

Cette expérimentation s’effectue lorsqu’il faut prévoir le comportement d’un transformateur et que l’essai direct est impossible. Les essais ne doivent mettre en jeu que des faibles puissances :  Essai à vide :

On mesure sous V1 = V1n à f = fn :

On trouve facilement :

P10 : puissance à vide; I10 : courant primaire à vide; V20 : tension secondaire à vide. 

Rpf = V102/P10 Cos10 = P10 / (VI0.I10) Q10 = P10.tg10 Lm = V102 / Q10 m = V20 / V10

Essai en court circuit sous tension réduite :

On mesure à I2n = I2cc et f = fn :, V1cc, I1cc. P1cc : puissance en court-circuit; I1cc : courant primaire en court-circuit; V1cc : tension primaire réduite.

On trouve facilement :

Rs = Pcc / I2cc2 coscc = Pcc / (V1cc.I1cc) Xs = Rs.tgcc

c) EXERCICES SUR LE TRANSFORMATEUR :

La puissance apparente d’un transformateur monophasé 5,0 kV/230 V ; 50 Hz est S = 21 kVA. La section du circuit magnétique est s = 60 cm2 et la valeur maximale du champ magnétique Bmax =1,1T. L’essai à vide a donné les résultats suivants : U1 = 5 000 V ; U2V = 230 V ; I1V = 0,50 A et P1V = 250 W. FST - SETTAT


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L’essai en court-circuit avec I2CC = I2n a donné les résultats suivants : P1CC = 300 W et U1CC = 200 V. 123456-

Calculer le nombre de spires N1 au primaire. Calculer le rapport de transformation m et le nombre N2 de spires au secondaire. Quel est le facteur de puissance à vide de ce transformateur ? Quelle est l’intensité efficace du courant secondaire I2n ? Déterminer les éléments RS ; ZS et XS de ce transformateur. Calculer le rendement de ce transformateur lorsqu’il débite un courant d’intensité nominale dans une charge inductive de facteur de puissance 0,83.

d) Exercice 2 :

L’étude d’un transformateur monophasé a donné les résultats suivants : Mesure en continu des résistances des enroulements à la température de fonctionnement : r1 = 0,2Ω et r2=0,007Ω.  Essai à vide : U1 = U1n = 2 300 V ; U2V = 240 V ; I1V = 1,0 A et P1V = 275 W. 

Essai en court-circuit : U1CC = 40 V ; I2CC = 200. 123456-

Calculer le rapport de transformation m. Montrer que dans l’essai à vide les pertes Joule sont négligeables devant P1V. Déterminer la valeur de la résistance ramenée au secondaire RS. Calculer la valeur de P1CC. Déterminer XS. Déterminer par la méthode de votre choix, la tension aux bornes du secondaire lorsqu’il débite un courant d’intensité I2 = 180 A dans une charge capacitive de facteur de puissance 0,9. 7- Quel est alors le rendement.

3- Transformateur triphasé : Constitution :

En pratique, pour faciliter la construction, on dispose les 3 colonnes restantes dans un même plan. Représentation conventionnelle :

(la partie grisée sur le couvercle a été ajouté dans un but pédagogique; il doit être supprimé sur un schéma normalisé). A, B, C sont les bornes haute tension, a, b, c, sont les bornes basse tension. Nous supposons toujours les bobines haute et basse tensions enroulées dans le même sens. Indice horaire Pour un transformateur monophasé les tensions au primaire et au secondaire ne peuvent être déphasées que de 0 ou 180° suivant les sens d'enroulement; pour un transformateur triphasé alimenté par un réseau équilibré, le déphasage des tensions en ligne HT et BT peuvent prendre toutes les valeurs multiples de 30°. Un angle de 30° représentant l'écart entre deux chiffres consécutifs sur le cadran d'une horloge. Soit  =(uab , uAB) le déphasage, compté dans le sens trigonométrique direct, de la tension composée HT par rapport à la tension BT; nous appelons indice horaire du transformateur le nombre Ih=  (en degrés)/30. FST - SETTAT


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Couplages des transformateurs 1) Les enroulements haute tension d'un transformateur peuvent être reliés en étoile (symbole Y) ou en triangle (D). 2) Les enroulements basse tension peuvent être montés en étoile (symbole y), en triangle (d) ou en ZigZag (z). L'association d'un mode de connexion de la haute tension avec un mode de connexion de la basse tension caractérise un couplage du transformateur (Yz par exemple). Rapport de transformation et couplages étoile-étoile : étoile étoile-triangle : m

N2 N1

m

1 N2 3 N1

triangle-étoile : m 3

Couplages et indices horairess correspondants Couplage du transformateur

N2 N1

triangle-triangle : m

N2 N1

Diagramme et Indice horaire

Yy6

6

Dy11

11

Yz 11

11

Yd11

11

Les couplages les plus utilisés sont : Yy0, Yy6, Yz5, Yz11, Dy5, Dy11. Plaque signalétique d’un transformateur triphasé :

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La plus grande des deux tensions correspond au montage en étoile. La puissance nominale ne dépend pas du couplage. Mais lee courant nominal en dépend dépend.


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4- Réseau et Protection a) Appareillage de protection :

Désignation

Symbole et Représentation

Constitution et Caractér Caractéristiques

Sectionneur

un sectionneur est définit par :  le nombre de pôles,  la valeur de la tension assignée,  le courant assigné,  le ou les contacts auxiliaires,  la nature de la commande. Rôle : Le sectionneur est un appareil de connexion connexio qui permet d'isoler (c'est sa fonction) un circuit pour effectuer des opérations de maintenance, de dépannage ou de modification sur les circuits électriques qui se trouvent en aval. Le sectionneur, à la différence du disjoncteur ou de l'interrupteur, n'aa pas de pouvoir de coupure, ni de fermeture.

Fusible

Il existe principalement 2 types de fusibles :  Le fusible à usage général (fusible gG) offrant une ne protection contre les surcharges et les courts-circuits,, le plus courant en domestique.  Le fusible accompagnement moteur (fusible aM) qui est utilisé pour la protection contre les Caractéristiques : courts-circuits circuits uniquement (souvent associé à  Calibre ; un autre élément protégeant contre les  Tension maximale surcharges), utilisé principalement dans d’utilisation ; l'industrie pour la protection des charges à fort  Dimensions. courant de pointe (moteurs, primaires de transformateurs entre autres). Rôle : Lee fusible permet l'ouverture l du circuit (par fusion) lors d’une surintensité (risque d’échauffement échauffement allant facilement jusqu'à l'inflammation des des matériaux inflammables …) provoquant quant couramment des incendies. Par contre, il ne protège en aucun cas les personnes contre les électrocutions électrocutions. Rôle : Protection : interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique. Il est capable d'interrompree un courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans une installation. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est réarmable.

disjoncteur

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Les Types des disjoncteurs :  Thermique : Le courant traverse le disjoncteur où des spires de fil chauffent par effet Joule un bilame, à une certaine température température le bilame se déclenche ouvrant le contact et interrompant ainsi le courant.  Magnétique : La forte variation d'intensité passe au travers des spires d'une bobine qui produit, une forte variation du champ magnétique. Le champ ainsi créé déclenche l’ouve l’ouverture des circuits et ainsi protéger la source et une partie de l'installation électrique notamment les conducteurs électriques entre la source et le court-circuit. court  Différentiel : Un disjoncteur différentiel est un interrupteur différentiel possédant un pouvoir de coupure (extinction de l'arc) et réalisant également une protection contre le courant de court-circuit (surcharge forte). Le principe d'un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) est de comparer les intensités sur les différents conducteurs qui le traversent. C'est un appareil de protection des personness et de détection des courants de fuite à la terre de l'installation électrique.


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b) Régimes du neutre :

Pour détecter, contrôler et supprimer un défaut d’isolement survenant dans une installation électrique ; il a été établi différents régimes du neutre, caractérisant le type de distribution de l’énergie électrique par tensions sinusoïdales triphasées équilibrées. Un régime de neutre se caractérise par deux lettres (TT, IT ou TN) : 1ère lettre : définit la situation du neutre par rapport à la terre ; 2ème lettre : définit la situation des masses par rapport à la terre. Connexion du Neutre de l'installation

Régime

Neutre relié à la terre Neutre relié à la terre Neutre isolé ou relié à la terre par une impédance

TT TN IT

Connexion des Masses des équipements

Utilisation courante

Masses reliées à une prise de terre Installation domestique Masses reliées au neutre Installation industrielle Si continuité de service Masses reliées à une prise de terre exigée

NB :  

Si l'usager n'est pas propriétaire du transformateur : le régime TT est imposé par l’ONE ; Si l'usager est propriétaire du transformateur : régime TT, TN ou IT

Exemples de situations où le régime IT est obligatoire : bloc opératoire, verrerie, nucléaire, immeuble de grande hauteur, ... Dispositif de protection (Disjoncteur différentiel),  TT (Terre - Terre)

Courant de défaut :

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V : tension entre phase et neutre ; Rn,u : résistances des prises de terre ; Icc : courant de défaut (court-circuit) : Icc =V/(Rn + Ru) Uc : tension de contact entre la masse de l’équipement et le sol : Uc = Ru.Icc Il faut : Uc < UL IDn : seuil de déclenchement du DDR (dispositif différentiel de protection) : IDn < UL/Ru


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 TNS (Terre - Neutre avec N et PE Séparés):

Courant de défaut :

 TNC (Terre - Neutre avec N et PE communs) :

V: tension entre phase et neutre Zd : impédance de la boucle de défaut (dépend essentiellement de la longueur de la ligne) Icc : courant de défaut (court-circuit) : Icc=V/Zd Uc : tension de contact entre la masse de l’équipement et le sol : Uc = V

Temps maximal de coupure (norme C 15-100) :

Il faut : t(Uc) < t(limite) If : courant de fonctionnement du dispositif de protection dans le temps limite If < Icc Tension nominale (AC) temps de coupure maxi 120 - 127 0,8 s 220 - 230 0,4 s 380 - 400 0,2 s > 400 0,1 s

 IT (Isolation - Terre) :

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Courant de 1er défaut :

V : tension entre phase et neutre Zeq : impédance équivalente entre la ligne d’alimentation et la terre; en général très grande. Rn,u : résistances des prises de terre Rn + Ru << Zeq Icc : courant de défaut (court-circuit) : Icc =V/Zeq Uc : tension de contact entre la masse de l’équipement et le sol : Uc = Ru. Icc Il faut (vrai en général) : Uc < UL

Le limiteur de surtension a pour but d'éliminer les surtensions par rapport à la terre en cas de claquage entre enroulements du transformateur : il transforme le régime IT en régime TN en cas de surtension importante. Le premier défaut est signalé par le CPI. Il faut disposer d'un système de localisation du défaut pour pouvoir intervenir sur le champ. Dans le cas contraire, dans l'hypothèse de la survenue d'un deuxième défaut, la sécurité est assurée comme en régime TN par le disjoncteur magnéto-thermique – ce qui entraîne une interruption de service. Exemple de deux défauts simultanés :

c) Application :

 Pour le régime de neutre TT : Préciser la signification des lettres TT. On modélise une installation électrique (230V/400V) par le montage ci-contre (PE : Prise de Terre) : 1) Donner la valeur affichée par un voltmètre numérique branché : Entre la phase 1 et la phase 3 : Entre la phase 2 et N : Entre N et PE : Entre la phase 3 et PE : 2) Quels sont les appareils utilisés dans ce type de régime pour protéger :  l’installation contre les surintensités (deux réponses) ?  les personnes ? 3) Ce régime de neutre est-il applicable dans une usine ? justifier votre réponse.

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d) Exercice :

Rn représente la résistance du neutre à la Terre, Ru de la prise de Terre. Rc = 1000 Ω corporelle. Rd de défaut. Caractéristique de l’installation : 230V / 400V ; régime TT ; disjoncteur 30A/ 500mA.

1) La phase 1 de la machine 1 touche la masse avec une résistance de défaut Rd =20Ω . a) Représenter le parcours du courant de fuite Ic1. b) Calculer la valeur de ce courant de fuite. c) Calculer la tension de contact Uc1 à laquelle est soumise la personne. d) Calculer alors l’intensité IC1 qui traverse la personne. e) Le différentiel déclenche – t – il ? Pourquoi ? 2) Le défaut de la première machine est réparé. La phase 2 de la machine 2 touche la carcasse de celle-ci. La résistance de contact est de 100Ω. a) A quel potentiel se trouve la carcasse ? b) Une personne touche la carcasse de cette machine ; à quel potentiel est –elle soumise ? Calculer le courant qui la traverse IC2. c) Le différentiel déclenche-t-il ? Pourquoi ? 3) Maintenant, les deux défauts sont présents sur chaque machine. Une personne touche d’une main la machine 1 et de l’autre la machine 2 tout en étant isolée de la Terre. Expliquer ce qui se passe (Tension entre les deux mains, courant corporel, danger…)

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