Schéma de liaison à la terre

Pour les articles homonymes, voir SLT.

En électricité, un Schéma de Liaison à la Terre, ou SLT définit le mode de raccordement à la terre du point neutre d'un transformateur de distribution et des masses côté utilisateur. Il faut bien prendre garde à ne pas confondre Schéma de Liaison à la terre et Régime de Neutre. Les régimes de neutre correspondent en réalité au mode de liaison à la terre du neutre coté HT. Il existe cinq régimes de neutre différents à savoir :

• neutre isolé
• mise à la terre par résistance
• mise à la terre par réactance faible
• mise à la terre par réactance de compensation (à cause de l'effet capacitif des lignes HT)
• mise à la terre direct (non utilisé sur les réseaux européens)

Les schémas de liaison à la terre ont pour but de protéger les personnes et le matériel en maîtrisant les défauts d'isolement. En effet, pour des raisons de sécurité, toute partie conductrice d'une installation est isolée par rapport aux masses. Cet isolement peut se faire par éloignement, ou par l'utilisation de matériaux isolants. Mais avec le temps, l'isolation peut se détériorer (à cause des vibrations, des choc mécaniques, de la poussière, etc.), et donc mettre une masse (la carcasse métallique d'une machine par exemple) sous un potentiel dangereux. Ce défaut présente des risques pour les personnes, les biens mais aussi la continuité de service.

Selon la norme CEI 60364 (remplacée par le guide de charge CEI 60076-7 Ed. 1), un schéma de liaison à la terre se caractérise par deux lettres. La première indique le raccordement du neutre du transformateur, elle peut être :

• T pour raccordé à la terre ;
• I pour isolé (ou impédant) par rapport à la terre.

La seconde lettre indique la façon de connecter les masses utilisateurs, elle peut être :

• T pour raccordées à la terre ;
• N pour raccordées au neutre, lequel est raccordé à la terre.

Généralités

Dans le SLT TN, le neutre du secondaire transformateur est relié à la terre et les masses utilisateurs sont connectées au conducteur de protection (nommé PE,de l'anglais :protective earth (PE)) principal 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-C/S (TNC pour les circuit principaux et TNS pour les circuits terminaux et section des conducteurs < 10 mm² cuivre et < 16 mm² aluminium) et TN-S (terre et neutre séparé).

Régime TT	Régime TN-C	Régime TN-S
Régime TN-C-S	Régime IT

TN-C

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 câble (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 (anciennement "régime de neutre") 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).

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

TN-S

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 < 10 mm² en Cuivre ou une section < 16 mm² Aluminium

TN-C-S

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).

Schéma TT

Principe

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 résistance de dispersion à la terre inférieure à 30 ohms. Pour les salles d'eau et machines fonctionnant avec de l'eau, le DDR 30 mA est obligatoire.

Défaut en régime TT

Schéma de principe	Schéma équivalent

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

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

$Uc=\big( \frac {Ru * Rh}{Ru + Rh} \big)*Id$

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

$Id=\frac{230}{0.1 + 0 + 18 + \big( \frac {25 * 1000}{25 + 1000} \big)}$

Uc = 24,4 * 5,41 = 132 > 50V

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).

Schéma IT

Caractéristiques

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 (1 500 Ω). Les masses utilisateur sont interconnectées normalement et reliées à la terre.

On parle de premier défaut lorsqu'un appareil ou un utilisateur connecte une des trois phases à la terre (au travers du châssis de l'appareil par exemple).

On parle de second défaut lorsqu'un deuxième court-circuit avec la terre apparaît après un premier défaut, sur une des deux autres phases.

les points forts

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.

les limitations

Si le premier défaut n'est pas rapidement traité, un second défaut peut apparaitre et s'avérer dangereux, voire mortel. C'est pourquoi on conserve les disjoncteurs. En effet, lorsque le deuxième défaut apparaît, cela entraîne un court-circuit entre 2 phases et donc, dans le pire 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 déclenché. 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 doit signaler 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 400V) dans un des deux bâtiments. C'est pourquoi il est fortement conseillé 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.

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, voire pratiquement impossible dans le cas d'un second défaut sur une même phase. Une technique de localisation consiste à injecter un courant de 10Hz 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 déconseillé, voire impossible dans les installations domestiques par exemple.

Protection du neutre selon les SLT (source NFC 15-100)

Le conducteur neutre est considéré par la NFC 15-100 de 2002 comme un conducteur actif. A ce titre, le conducteur neutre doit être sectionné dans tous les régimes de neutre (IT, TN-S, TT).

En Schéma IT, il n'est pas conseillé de distribuer le neutre. Lorsque ce n'est pas le cas, il est nécessaire de protéger le conducteur neutre contre les surintensités (à cause du double défaut phase/neutre) qui doit entrainer la coupure de tous les conducteurs actifs du circuit correspondant. Cependant, cette disposition n'est pas nécessaire si :

• La détérioration des appareils est admissible et n'est pas susceptible de provoquer un incendie.
• Le conducteur neutre est effectivement protégé contre les courts-circuits par un dispositif placé en amont (le conducteur doit pouvoir supporter les contraintes thermiques pendant le temps de coupure. On peut considérer être correctement protégé lorsque l'on n'a pas plus d'un calibre et d'une section d'écart entre le disjoncteur amont et les circuits en aval).
• Un disjoncteur différentiel commun à un ensemble circuits terminaux dont la sensibilité est de 0.15 fois l'intensité maximum admissible dans le conducteur neutre correspondant. Ce dispositif doit couper tous les conducteurs sous réserve que tous les circuits soient identiques (nature, section, courant admissible, disjoncteur).

En TN-C le conducteur PEN ne doit pas être coupé, car il est aussi le conducteur de protection. Cependant il doit être surveillé si sa section est inférieure à celle des conducteurs de phases. En cas de surintensité, cette détection doit provoquer l'ouverture du disjoncteur du circuit correspondant.

En Schéma TN-S et TT, la protection du conducteur neutre n'est pas nécessaire sauf si :

• Le conducteur Neutre est chargé (voir le taux d'harmoniques).
• La section du conducteur de neutre est inférieure a celle des conducteurs de phases.
• Il s'agit de la liaison entre la source (Groupe électrogène, Transformateur) et le Tableau Général Basse Tension (TGBT).

Utilisations des SLT dans le monde

• Aux États-Unis, le TN-C est majoritairement utilisé. La mise à la terre du neutre est faite chez l'abonné BT.
• En France et en Belgique, le TT est obligatoire en distribution publique avec (en France) protection des prises de courant par un DDR de sensibilité 30 mA - (En Belgique) une protection générale DDR 300 mA pour toute l'installation et une protection locale DDR 30 mA pour les circuits de salle d'eau (salle de bain, lave-linge et lave-vaisselle).
• En Grande-Bretagne, les nouvelles installations sont en TN-C. La prise de terre du neutre est fournie par le fournisseur d'énergie.
• En Allemagne, le TT et le TN-C-S cohabitent (prise de terre chez l'abonné).
• En Norvège, les bâtiments étant en matériaux isolants et les prises de terre de mauvaise qualité, le SLT choisi est le IT avec utilisation de DDR de sensibilité 30 mA en signalisation et coupure au second défaut par le disjoncteur.

Compatibilité électromagnétique

• Le TN-C est mauvais du point de vue de la compatibilité magnétique car de fort courants circulent dans le PEN et modifient l'équipotentialité.
• En TN-S, il est conseillé de séparer le conducteur de protection (PE) des masses fonctionnelles.
• En IT, due à la très faible valeur du courant de premier défaut, la perturbation électromagnétique est faible. Au second défaut, le problème est le même qu'en TN-S
• En TT, très peu de perturbations sont générés en cas de défaut, le conducteur de protection et les masses fonctionnelles peuvent être séparés.

Bibliographie

• Alain Charoy, Compatibilité électro-magnétique, Dunod, 2005, 701 p. (ISBN 2100495208) 

Notes

Voir aussi

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