Schéma de liaison à la terre

Dans le SLT TN, le neutre du secondaire du transformateur est relié à la terre et les masses utilisateurs sont connectées au conducteur de protection (nommé PE : Protection Équipotentielle principale) lui-même relié à la prise de terre. L'ensemble est donc interconnecté à une barre collectrice en cuivre à laquelle est connectée la prise de terre en fond de fouille.

Les normes CEI 60364 et NF C 15-100 définissent 3 sous-schémas pour le SLT TN : TN-C (terre et neutre commun), TN-S (terre et neutre séparé) et TN-C-S (TN-C pour les circuits principaux et TN-S pour les circuits terminaux et section des conducteurs < 10 mm² cuivre et < 16 mm² aluminium).

Régime TN-C

Dans le TN-C (Terre Neutre Confondus), les conducteurs de neutre (N) et de protection (PE) sont confondus pour former le PEN.

• Ce SLT permet d'économiser un fil (ainsi qu'un pôle sur chacun des appareils de protection).
• Le coût d'un schéma de liaison à la terre TN-C est moindre car le conducteur de protection équipotentiel "PE" et conducteur neutre "N" sont confondus ce qui nous donne un conducteur "PEN" (économie d'un câble et d'un pôle des protections surintensité). Ce conducteur "PEN" est en priorité un conducteur de protection avant d'être un conducteur neutre, il ne doit pas être coupé afin d'assurer la protection des personnes.
• Le courant de défaut n'étant limité que par l'impédance des câbles, l'intensité de court circuit est plus importante. Le schéma de liaison à la terre TN-C est interdit par la norme NF C 15-100 dans les locaux où il y a un risque d'incendie ou d'explosion.
• Le TN-C est interdit pour les réseaux ayant des conducteurs avec une section < 10 mm² en Cuivre ou une section < 16 mm² Aluminium (D'après la norme NF C 15-100)

Toutefois, il est nécessaire de se reporter à la norme NF-C 15-100 pour plus de précision.

Régime TN-S

Dans le TN-S, le conducteur de protection et le conducteur neutre sont reliés uniquement au poste de distribution et à aucun autre point.

Le TN-S est obligatoire pour les réseaux ayant des conducteurs avec une section inférieure à 10 mm² en Cuivre ou une section inférieure à 16 mm² en Aluminium.

Régime TN-C-S

Le conducteur de protection (PE) et le neutre (N) sont confondus du transformateur jusqu'au point de distribution, et ensuite séparés sur les circuits terminaux et section de conducteur < 10 mm² cuivre. On peut aussi trouver une résistance qui relie le neutre à la terre. Cela permet de limiter le courant de court circuit d'une centaine d'ampères. Donc Id (Courant de Défaut) sera fonction de la résistance (Si R élevée.... Id faible).

Régime TT

Le neutre du transformateur est relié à la terre, et les masses des équipements des utilisateurs disposent de leur propre raccordement à la terre.

• Ce schéma de liaison à la terre est obligatoire chez les particuliers en France comme en Belgique (pour la Belgique, voir le RGIE).
• L'emploi d'un DDR (Dispositif Différentiel Résiduel) est obligatoire en tête d'installation pour assurer la protection des personnes. La valeur du courant résiduel maximum dépend de la règlementation du pays. Ainsi un DDR de 500 mA en tête d'installation ainsi que celui de valeur maximale 30 mA sur les circuits prises est obligatoire en France. En Belgique le DDR de tête est de 300 mA, si la résistance de dispersion à la terre est inférieure à 30 ohms. Pour les salles d'eau (douches et salles de bain), le DDR 30 mA est obligatoire (sauf cas des appareillages en TBTS) (voir NF C 15-100).

Le calibre de la protection différentielle à l'origine de l'installation est pris en compte pour le calcul de la valeur maximale de prise de terre :

• En France : R = U / I = 50 / 0,5 = 100 ohms, avec :
  • U : tension égale à 50 V dite tension de sécurité (niveau d'isolement de la peau dans des conditions sèches). Exprimée en volts,
  • I : courant assigné du DDR à l'origine de l'installation (500 mA en France). Exprimé en ampères,
  • R : résistance de la prise de terre. Exprimée en ohms.

Schéma de principe d'un défaut en régime TT	Schéma équivalent d'un défaut en régime TT
Schéma de principe	Schéma équivalent

Si nous calculons la tension due au défaut d’isolement nous obtenons :

On calcule dans un premier temps le courant de défaut du circuit, en prenant en compte la résistance équivalente du circuit, de façon à pouvoir déterminer la tension de contact de la masse du récepteur 2. La tension de défaut (ou tension de contact) correspond à la tension entre la masse et la terre.

${\displaystyle Id={\frac {U}{Rf+Rc+Rn+\left({\frac {Ru*Rh}{Ru+Rh}}\right)}}}$

${\displaystyle Uc=\left({\frac {Ru*Rh}{Ru+Rh}}\right)*Id}$

Où :

• Id : Courant de défaut (A)
• U : Tension du réseau (V)
• Uc : Tension du défaut (V)

Avec des valeurs courantes pour les différentes variables :

• U=230 V
• Rf=0,1 Ω
• Rc=0 Ω (défaut Franc)
• Ru=25 Ω
• Rn=18 Ω
• Rh= 1 kΩ

${\displaystyle Id={\frac {230}{0.1+0+18+{\big (}{\frac {25*1000}{25+1000}}{\big )}}}=5,41\ A}$

${\displaystyle Uc=24,4*5,41=132>50\,\mathrm {V} }$

La tension de contact est donc dangereuse même en milieu sec. Il est nécessaire de mettre en place un dispositif de protection contre les contacts indirects (Dispositif Différentiel Résiduel). En effet, l'intensité traversant le corps humain sera de ${\displaystyle I=U/R=132/1000=132mA}$. C'est l'intensité traversant le corps humain et la durée de l'électrisation qui représente un danger. L'intensité dépend de la tension de contact et de la résistance du corps humain (milieu sec, humide...). Un courant de 132 mA traversant une personne pendant 1 seconde est fatal pour un être humain.

Le temps de coupure pour le SLT TT est également défini dans la norme NF C 15-100 (tableau 41A de l'art.411), et doit être inférieur à 200 ms pour une tension d'utilisation de 230 V.

Régime IT

La caractéristique principale de ce schéma est que le point neutre du transformateur en amont de l'installation est complètement isolé de la terre (il est dit « flottant », grâce à l'isolation galvanique propre au transformateur). Les trois phases et surtout le neutre ne sont pas reliés à la terre, contrairement aux autres schémas. En réalité, le neutre peut être relié à la terre via les capacités parasites des câbles, ou volontairement via une impédance de forte valeur (typiquement 1 500 Ω). Les masses utilisateur sont interconnectées normalement et reliées à la terre.

• On parle de premier défaut lorsqu'une des trois phases est connectée involontairement (par un appareil ou un utilisateur) à une masse métallique (qui est elle-même reliée à la terre).
• On parle de second défaut lorsqu'un deuxième contact apparaît entre l'une des deux autres phases et une masse métallique (sur un autre appareil de l'installation, ou sur le même appareil comportant le premier défaut); le premier défaut étant quant à lui toujours actif.

Dans le cas d'un premier défaut, il n'existe en théorie aucun danger pour les personnes et les appareillages : du fait de l'isolation du transformateur en amont, le fait de mettre une phase à la terre n'induit aucun courant électrique. Contrairement aux autres schémas, ce cas n'oblige pas la coupure de la fourniture d'électricité : ce point très important explique son utilisation dans les domaines où la fourniture d'électricité est vitale : blocs opératoires des hôpitaux, locaux à risques d'explosion, installations d'éclairage de sécurité, ainsi que les domaines industriels qui ont un impératif de continuité de service tel que les fonderies qui auraient beaucoup à perdre financièrement si elles devaient se remettre en chauffe à chaque défaut.

Si le premier défaut n'est pas rapidement traité, un second défaut sur une autre phase peut apparaitre. Lorsque le deuxième défaut sur une autre phase apparaît, cela entraîne un court-circuit entre 2 phases et donc, dans le meilleur des cas, un seul des 2 disjoncteurs correspondant aux départs en défaut se déclenche. Dans ce dernier cas, on se retrouve donc à la situation d'un seul défaut mais avec une productivité diminuée car il faut résoudre impérativement la panne avant de ré enclencher le disjoncteur ou les disjoncteurs si ce sont les 2 qui se sont déclenchés. Afin d'éviter ce cas de figure il est donc nécessaire d'utiliser un contrôleur permanent d'isolement (CPI) pour signaler un premier défaut. Ce contrôleur signale le défaut à une équipe de maintenance qui doit partir à sa recherche. Les normes de sécurité imposent donc la disponibilité permanente d'un personnel de maintenance qualifié sur le site.

Il existe un cas pour lequel un risque mortel peut apparaitre dès le premier défaut : si deux bâtiments ayant leur propre terre sont alimentés par le même réseau IT, et qu'un défaut apparait sur deux phases différentes dans chaque bâtiment, alors un câble reliant les deux bâtiments (tel qu'un câble de télécommunication) pourra être porté au potentiel du secteur (généralement 400 V) dans un des deux bâtiments. C'est pourquoi il est obligatoire d'interconnecter ensemble toutes les terres d'un même réseau IT et que, quel que soit le régime de neutre, toute installation ne doit comporter qu'une seule terre (ou placer un dispositif différentiel en tête du ou des bâtiments déportés).

L'utilisation de matériel électrique avec des courants de fuite importants (capacités parasites entre phase et châssis), ou en grand nombre va augmenter le courant dans le CPI, au point de présenter des risques d'incendie.

Le matériel et les protections doivent être adaptés afin d'accepter des tensions importantes entre neutre/phase et la terre. Du fait du caractère flottant du neutre, des perturbations BF de mode commun peuvent être à l'origine de ces surtensions. Une impédance de l'ordre du kohm peut être raccordée entre le neutre du transfo et la terre, ceci afin de réduire les variations de potentiel entre le réseau et la terre : elle est donc particulièrement importante dans les réseaux alimentant des appareils sensibles.

La localisation d'un défaut est difficile, voir pratiquement impossible dans le cas d'un second défaut sur une même phase. Une technique de localisation consiste à injecter un courant de 10 Hz au niveau du CPI, et de détecter la fuite à l'aide d'une pince ampèremétrique et d'un filtre sélectif.

Pour protéger l'installation contre les surtensions (la foudre par exemple) du côté haute-tension, la norme NF C 15-100 oblige à placer un limiteur de surtension entre le point neutre du transformateur et la terre (non représenté sur le schéma).

Toutes ces contraintes expliquent que ce schéma est impossible dans les installations domestiques, puisque c'est Enedis qui relie le neutre à la terre.

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