Sur ce schéma :IT

le neutre du transformateur est isolé de la terre (neutre isolé) ou dans certains cas relié à celle ci par l'intermédiaire d'une impédance de forte valeur (neutre impédant).

les masses de l'installation sont reliées à la terre par l'intermédiaire d'une prise de terre Ru.

PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS

Le neutre BT étant isolé de la terre, il est nécessaire de pouvoir écouler les surtensions pouvant survenir sur le réseau BT en installant un limiteur de surtensions.

Trois critères sont pris en compte pour déterminer le choix d'un limiteur de surtension :

la tension nominale de l'installation

le niveau d'isolement de l'installation

le mode de connexion du limiteur (neutre-terre ou phase-terre).

ETUDE D'UN DEFAUT D'ISOLEMENT

Toute installation ne possède pas un niveau d'isolement infini, il existe entre phase et terre une résistance d'isolement (ordre de grandeur 10 MW/Km pour un câble BT sans défaut) qui varie en fonction :

du vieillissement des isolants

des conditions d'humidité

des extensions du réseau.

Les câbles possèdent également entre conducteur actif et terre une capacité (ordre de grandeur 0,3 µF / Km).

 La figure ci dessous représente un réseau avec les résistances et les capacités phase-terre.

Pour faciliter le raisonnement on peut ramener les condensateurs et les résistances entre le point neutre et la terre.

Si les trois phases ont la même longueur :

Considérons un réseau de 1 Km de long :

la capacité de ce réseau est de :

la réactance due à la capacité est :

la résistance est :

Nous voyons que Rt (très grand) a une influence négligeable par rapport à Zct (faible). Ainsi en cas de défaut le courant de défaut Id n'est pratiquement que limité par l'impédance capacitive du réseau Zct.

Le schéma équivalent lors d'un premier défaut peut se représenter comme suit, le courant de défaut Id se rebouclant à travers l'impédance fictive Zct des câbles :

Exemple: réseau 230 / 400 V, 1 Km de câbles, Ru = 10 W, C = 0,3 µF/Km.

La résistance Ru est négligeable devant Zct, d'où :

Nous venons de voir qu'en régime IT le défaut simple n'est pas dangereux, le déclenchement n'est donc pas obligatoire. Une installation de ce type peut rester en service avec une phase à la masse sans danger pour les personnes.

Toutefois il sera vu plus tard que si un deuxième défaut survient, des potentiels dangereux peuvent apparaître. En conséquence les règlements obligent :

de signaler

de rechercher

d'éliminer le premier défaut dès son apparition.

SIGNALISATION D'UN DEFAUT D'ISOLEMENT

La signalisation d'un défaut d'isolement se fait à l'aide d'un contrôleur permanent d'isolement (CPI).

Le principe physique du CPI repose sur l'injection d'une tension continue ou très basse fréquence (10Hz) entre le réseau et la terre.

Cette tension crée dans l'ensemble des résistances d'isolement et dans les capacités câble-terre (uniquement dans le cas d'un CPI à injection de courant TBF 10 Hz), un courant de fuite If dont la valeur est fonction de l'isolement du réseau.

Un appareil de mesure, parcouru par le courant If, directement gradué en KW donne l'indication permanente de l'isolement.

Lorsque l'isolement global du réseau devient défectueux et descend en dessous de la valeur de consigne, le contact sec de sortie du CPI change d'état.

 Certains appareils possèdent deux seuils de signalisation permettant de mesurer l'évolution du courant de fuite de manière à assurer la prévention du premier défaut.

Remarque: les CPI à injection de courant continu permettent de contrôler uniquement les réseaux alternatifs. Les systèmes à injection de courant alternatif très basse fréquence sont utilisables sur tout type de réseaux.

LOCALISATION D'UN DEFAUT SIMPLE

Mise hors tension successive des différents départs.

Le schéma d'un circuit d'alarme raccordé à un CPI signalant tout défaut d'isolement est représenté ci dessous.

Dès qu'un défaut est constaté par le CPI, les signalisations sonore et visuelle sont activées.

Après acquittement du défaut par action sur le commutateur par le personnel d'entretien, la signalisation sonore est désactivée. Seule reste la signalisation visuelle indiquant que le défaut est toujours présent.

Pour rechercher le défaut, ouvrir et refermer successivement les départs du réseau en partant de l'amont vers l'aval. Dès que la partie en défaut est mise hors tension la signalisation donnée par le CPI disparaît, le signal sonore est activé.

Lorsque la partie de réseau en défaut est isolée, il ne reste plus qu'à localiser exactement celui-ci et à le supprimer.

Le schéma donné permet de ne pas oublier de rebasculer le commutateur d'acquittement une fois le défaut supprimé. Le système d'alarme sera à nouveau en état de veille.

Cette méthode de recherche présente le gros inconvénient de perturber la distribution. Lorsque les conditions d'exploitation ne permettent aucune coupure, une telle méthode ne saurait donc être envisagée.

Injection d'un courant très basse fréquence.

Un générateur de courant très basse fréquence (10 Hz) est relié d'une part à la terre, d'autre part à l'un des conducteurs actifs du réseau à contrôler.

Le générateur très basse fréquence fait circuler dans le défaut un courant qui peut être détecté en utilisant un transformateur tore associé à un filtre sélectif accordé sur cette fréquence. La recherche peut être effectuée :

par un système mobile portable, composé d'une pince ampèremétrique et d'un récepteur sélectif TBF (10 Hz).

par système fixe automatique, comprenant sur chaque départ un tore associé à un récepteur sélectif TBF (10 Hz).

Ce dispositif est la solution pour harmoniser les impératifs d'exploitation et ceux de la sécurité.

ETUDE DU DEFAUT DOUBLE

Si un premier défaut n'a pu être éliminé avant qu'en apparaisse un deuxième, affectant un autre conducteur actif sur un autre circuit, on se trouve en présence d'un défaut double. Deux cas peuvent se présenter, selon que les masses de l'installation soient ou non reliées à la même prise de terre.

Masses d'utilisation non interconnectées

Ce cas de figure se rencontre lorsque dans une installation l'on trouve plusieurs prises de terre non reliées entre elles par une liaison équipotentielle.

Selon que les défauts affectent deux phases (tension composée U) ou phase et neutre (tension simple V), le courant de défaut Id qui se referme par les prises de terre utilisation Ru1 et Ru2 aura pour valeur dans le cas où les deux défauts sont francs (Rd1 = 0 W et Rd2 = 0 W) :

Exemple: réseau 230 / 400 V, Ru1 = 8W, Ru2 = 12W

Les tensions de contacts sont :

Ces potentiels étant dangereux, le déclenchement est obligatoire.

L'ordre de grandeur du courant de défaut Id ne permet pas une coupure suffisamment rapide par les systèmes de protection contre les surintensités, les conditions sont donc les mêmes qu'en schéma TT. Le déclenchement se fera par des DDR à installer sur chaque départ alimentant un groupe de masses interconnectées.

Masses d'utilisation interconnectées

Lorsque toutes les masses de l'installation sont interconnectées à la même prise de terre, un défaut double affectant des conducteurs actifs différents se transforme en court-circuit biphasé ou phase-neutre.

La protection des personnes est alors assurée comme en schéma TN par les dispositifs de protection contre les surintensités, ou par des DDR si les longueurs de câble sont plus grandes que celles autorisées.

Calcul de l'impédance de défaut

Si Zd est l'impédance de la boucle de défaut, le courant de défaut Id est :

Ce courant va porter les masses à un potentiel Uc, le temps de coupure des appareils de protections contre les surintensités doit alors être inférieur aux indications des tableaux donnant le temps de coupure maximal du dispositif de protection.

Regardons le rapport qui existe entre l'impédance en cas de court circuit sur les circuits 1 et 2 et l'impédance en cas de défaut d'isolement sur chacun de ces circuits. Soit Z1 et Z2 les impédances respectives des boucles de défaut des circuits 1 et 2.

Si Z2 > Z1, on peut écrire que l'impédance de la boucle de défaut Zd sera alors comprise entre :

Le courant de défaut double Id sera compris entre Icc1 (courant en cas de court circuit sur les bornes du récepteur 1) et Icc2 (courant en cas de court circuit sur les bornes du récepteur 2) :

Ainsi, si pour chaque départ, on règle le déclencheur magnétique Im de telle sorte que :

et

L'un des disjoncteurs éliminera le défaut double, assurant ainsi la protection des personnes, si, pour chaque départ on vérifie la relation :

Avec :

D'où la longueur maximale de câble protégé contre les dangers des contacts indirects par un disjoncteur magnéto-thermique :

Pour une protection par fusible, remplacer Im par If.

Cas où le neutre n'est pas distribué

Lorsque le neutre n'est pas distribué, le défaut ne peut être qu'un défaut entre phases. La tension à prendre en compte pour le calcul de la longueur maximale du circuit est la tension composée U. C'est à partir de cette formule que sont calculés les tableaux donnant les longueurs maximales de câbles.

Cas où le neutre est distribué

Si le neutre est distribué, la formule ci dessus devient :

La tension à retenir pour le calcul de la longueur maximale du circuit est la tension simple V.

La section S1 est :

S1 = Sph si le circuit ne comporte pas de neutre

S1 = Sn si le circuit comporte le neutre

Tableaux des longueurs maximales de câbles

Les tableaux sont identiques à ceux donnés pour le régime TN.

Seul le facteur de correction à appliquer aux résultats du tableau ci dessus diffère de celui indiqué dans le régime TN. Il tient compte :

du rapport Sph / Spe

du type de circuit

de la nature des conducteurs

REMARQUES

Distribution sur prises de courant

Lorsque l'on effectue une distribution sur prises de courant, l'impédance de boucle de défaut ne peut être connue puisque l'on ne connaît pas la longueur du câble qui peut être branché sur cette prise. L'adjonction d'un DDR haute sensibilité (30mA) est alors obligatoire.

Locaux à risques d'incendie

La protection par DDR est obligatoire en tête (IDn maxi 500 mA).