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Novembre 2013
Ener1 − Réseaux électriques
Chapitre 5 : Sécurité
Université du Havre, IUT du Havre
Département GEII
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Compétences visées :• Utiliser les outils de calcul des réseaux électriques • Mesurer un courant, une tension et une puissance, choisir les bons instruments• Travailler en sécurité (habilitation électrique)• Câbler un équipement sur un réseau monophasé ou triphasé
Pré-requis :• Lois générales de l’électricité: Module SE1 (M1104)• Complexes, intégrales et dérivées: Module Ma1 (M1302)
Objectifs : • Acquérir les bases pour l'étude des circuits électriques et la manipulation des grandeurs qui lui sont liées, en particulier concernant la sécurité électrique
SemestreS1
ModuleRéseaux électriques
RéférenceEner1 (M1101)
Volume horaire60h
(15CM, 24TD, 21TP)
MatièreÉnergie
UEUE11
Ener1 – Réseaux électriques
PPN 2013: Ener1
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Ener1 – Réseaux électriques
Contenu :Outils réseaux électriques :
• Représentation dans le plan complexe, vecteurs de Fresnel• Tensions simples et tensions composées• Valeurs moyennes, efficaces, maximum et d’ondulation• Puissance en monophasé et en triphasé• Théorème de Boucherot
Mesures : • Courant, tension, puissance• Instruments de mesure
Câblage sur réseaux :• Réseaux monophasé et en triphasé• Equipements: sectionneur, disjoncteur, transformateur, appareillage• Couplage étoile/triangle
Sécurité électrique :• Schémas de liaison à la terre• Habilitation B1V
PPN 2013: Ener1
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Mots-clés :• Réseaux électriques• Energie, puissance• Monophasé, triphasé• Courant, tension• Sécurité électrique, habilitation• NFC 18C510
Ener1 – Réseaux électriques
Prolongements possibles :• Travailler sur des armoires électriques, avec analyse de schémas• Câblage électrique, étude de documentation technique• Modules ERx (Mx203)
Modalités de mise en œuvre :• Montages électriques simples• Câblages électriques• Mesures de courant et de tension en toute sécurité• Exercices en ligne notés: Module AA• Effectifs restreints pour les TP de préparation à l’habilitation électrique
PPN 2013: Ener1
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IV) DistributionIV.1) Réseau de distributionIV.2) Norme IV.3) Distribution BT IV.4) Schémas électriques
V) SécuritéV.1) AppareillagesV.2) Schémas de liaison à la terre (SLT)V.3) Courants de court-circuitV.4) Dimensionnement
VI) HabilitationVI.1) Risque électrique VI.2) Prévention et protection VI.3) Hiérarchisation des responsabilitésVI.4) ConsignationVI.5) Habilitations
PPN 2013: Ener1
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IV) DistributionIV.1) Réseau de distributionIV.2) Norme IV.3) Distribution BT IV.4) Schémas électriques
V) SécuritéV.1) AppareillagesV.2) Schémas de liaison à la terre (SLT)V.3) Courants de court-circuitV.4) Dimensionnement
VI) HabilitationVI.1) Risque électrique VI.2) Prévention et protection VI.3) Hiérarchisation des responsabilitésVI.4) ConsignationVI.5) Habilitations
PPN 2013: Ener1
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Objectifs pédagogiques:
• Connaître les éléments essentiels de sécuritédes réseaux électriques.
• Dimensionner des éléments et dispositifs de sécurité.
Capacités requises:
• Décrire les éléments de sécurité constitutifsd’une installation électrique.
• Identifier les fonctions de sécurité requises.
• Repérer sur un plan les éléments de sécurité constitutifsdes différents réseaux d’équipement.
Sécurité
Introduction
Contexte :
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Sécurité
Introduction
Fusibles
Sectionneurporte-fusible
Disjoncteur magnéto-thermique
Disjoncteur DDR
Appareillage
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Sécurité
Introduction
Installation électrique Protection des circuits
et des personnes
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Acheminement
Fourniture
Protection
• Puissance maximale limitée.
• Comptabilisation de la consommation.
• Protection des personnes.
• Protection des installations.
Introduction
Production
Consommationet Protection
"Missions" du réseau électrique :
• Réseau de transport, répartition, distribution.
Sécurité
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Un appareil peut assurer une ou plusieurs fonctions .
Le symbole nous renseigneclairement sur les fonctions assurées par l’appareil.
Isoler le circuit de son alimentation
Autoriser ou interromprele passage du courant en fonctionnement normal.
Protéger les circuits et les personnes
Sécurité
I) Appareillages
1.1) Rôle des appareillages
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1.2) Eléments de protection
Sécurité
I) Appareillages
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1.2) Eléments de protection
Sécurité
I) Appareillages
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1.2) Eléments de protection
Sécurité
I) Appareillages
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• Le rôle d’une installation électrique est d’assurer:– L’alimentation électrique des matériels
– La protection électrique des matériels
– La protection des personnes contre les chocs électriques
– Le sectionnement
• Un défaut d’isolement correspond à : – un court-circuit
– une surcharge
– un contact entre une phase et la masse
• Le rôle de cet appareil est de protéger:– contre les surcharges
– les personnes
– contre les court-circuits
• Le rôle de cet appareil est de protéger:– contre les surcharges
– les personnes
– contre les court-circuits
Sécurité
1.3) QCM1
I) Appareillages
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• Le rôle d’une installation électrique est d’assurer:– L’alimentation électrique des matériels
– La protection électrique des matériels
– La protection des personnes contre les chocs électriques
– Le sectionnement
• Un défaut d’isolement correspond à : – un court-circuit
– une surcharge
– un contact entre une phase et la masse
• Le rôle de cet appareil est de protéger:– contre les surcharges
– les personnes
– contre les court-circuits
• Le rôle de cet appareil est de protéger:– contre les surcharges
– les personnes
– contre les court-circuits
Sécurité
1.3) QCM1
I) Appareillages
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Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande
I) Appareillages
La norme NF C 15-100 définit la manière de réaliser les circuits et
le rôle que doit assurer l’appareillage :
La protection électrique des matériels ,
La protection des personnes contre les chocs électriques,
Le sectionnement ,
La commande – coupure de sécurité
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• Surcharge :
• Court-circuit :
• Défaut d’isolement:
Surintensité dans un circuit due à la
surconsommation d’un appareil
Courant de démarrage d’un moteur.
Augmentation instantanée du courant due à
un mise contact entre de deux phases ou
entre une phase et le neutre.
Courant de court-circuit.
Contact entre la masse d’une machine et un
conducteur sous tension
Ecoulement de courant vers la terre.
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande
I) Appareillages
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Rôle:
Protection contre les surcharges(action du déclencheur thermique)
Protection contre les courts-circuits(action du déclencheur magnétique)
Un disjoncteur peut interrompre un circuit quel que soit le courant qui le traverse jusqu’à son PdC: Icu (kA)
PdC: Pouvoir de Coupure ⇔ courant maximal capable d’être interrompu par les appareils de protection (kA).
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
I) Appareillages
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20
Le déclencheur thermique :
T1 temps de déclenchement minimal,lorsque le bilame est « chaud » .
T2 temps de déclenchement maximal,lorsque le bilame est « froid ».
Le déclencheur magnétique :
T3 temps de réponse le plus rapide
T4 temps maxi de réponse
Le pouvoir de coupure
T2T2
T1T1 T4T4
T3
In: Courant assigné: Intensité correspondant au calibre du dispositif, toujours supérieur au courant d’emploi.
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
I) Appareillages
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Déclenchement entre 3,2 et 4,8 In.
Application: faible puissance de court-circuit - alimentation par de longs de câbles.
Courbe C
Déclenchement entre 7 et 10 In.
Application : protection de circuit standard.
Courbe DDéclenchement entre 10 et 14 In.
Application : protection de circuit ayant un fort appel de courant (transformateur ou moteur).
Courbe B
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
I) Appareillages
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Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
Critères de choix:
I) Appareillages
(http://sitelec.org/download_page.php?filename=cours/abati/download/disjoncteur_divisionnaire_hager.pdf)
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L’utilisation : Courant à la mise sous tension (gabarits de déclenchement). Type de déclencheur:
magnéto-thermique, magnétique, électronique, différentiel... Courant d'emploi: IB. Courant admissible: Ia.
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
Critères de choix:
I) Appareillages
L’installation : Nombre de pôle (unipolaire, bipolaire, tripolaire,tétrapolaire). Tension d'emploi (tension assignée). Courant de court-circuit: ICC3. Pouvoir de coupure: PdC > Icc3.
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0 IB IA 1,45.IA
IN IF
I
Canalisation
Protection
Courant d’emploi
Courant admissible
Courant limite
Courant nominal
Courant de
fonctionnement
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
I) Appareillages
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NormeNF C 15-100
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
I) Appareillages
Courant nominal :IB < IN < IA
Courant de déclenchement :IA < I2 < 1,45.IA
Pouvoir de coupure :PdC > Icc3
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Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
I) Appareillages
1,45.IA
IA: Courant admissible:Dépend des câbles, conditions de pose, dispositifs de protecti on.
IAIN: Courant nominal:
Zone de fonctionnement du dispositif de protection.IN
IB
IB: Courant d’emploi:Défini à partir de la puissance apparente des récept eurs et peut
être affecté d’un ou plusieurs coefficient (simultan éité, utilisation).
I2
I2: Courant de déclenchement:Assure le fonctionnement du dispositif de protectio n.
Icc3Icc3: Courant de court-circuit:Défini à partir de l’installation. Fixe la limite su périeure de protection.
PdCPdC: Pouvoir de coupure:Caractéristique du dispositif de protection.
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En cas de surintensité:
Sélectivité: seul intervient le disjoncteur
disposé immédiatement en amont du défaut.
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur
Critères de choix:
I) Appareillages
Sélectivité : Ampèremétrique:
calibre amont > calibre aval Chronométrique:
délai amont > délai aval Filiation:
PdC amont > PdC aval
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Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Disjoncteur magnéto-thermique :
I) Appareillages
Courant nominal: IN = 10 ADéclenchement du magnétique:
7 à 10.In (70 à 100A) en 20 ms max.Déclenchement du thermique:
pour 2.In (20A) entre 10 s et 200 s max.
t (s)
I (A)
Limites dedéclenchement
thermique
Limites dedéclenchement
magnétique
DPN-C-10
IN
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Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Disjoncteur magnéto-thermique : déclencheur magnétique
I) Appareillages
Avant déclenchement Après déclenchement
(http://sitelec.org/download_page.php?filename=cours/abati/download/disjoncteur_divisionnaire_hager.pdf)
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Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Disjoncteur magnéto-thermique : déclencheur thermique
I) Appareillages
Avant déclenchement Après déclenchement
(http://sitelec.org/download_page.php?filename=cours/abati/download/disjoncteur_divisionnaire_hager.pdf)
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Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR):
I) Appareillages
Ce disjoncteur est équipé d’un déclencheur DDR: il comporte un circuit magnétique en forme de tore sur lequel sont bobinés le ou les circuits des phases et celui du neutre.
Tore magnétique
Relais de déclenchement
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Détection thermique
Pôles de l’appareil
Tore magnétique
Bobinages principaux
Elément d'enclenchement /déclenchement manuel
Circuit de test
Enroulement de détection
Détection magnétique
Sécurité
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur DDR:
I) Appareillages
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Sécurité
I) Appareillages
1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR):
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Sécurité
1.5) Appareillages de protection et de commande: le fusible Critères de choix:
I) Appareillages
Rôle: Protéger les récepteurs et les canalisations
contre les surcharges & courts circuits. Fonctionnement:
Au passage d’une intensité importante le fusible subit un échauffement.Energie électrique Energie thermique Fusion de la lamelle.
Enveloppe tubulaireen céramique Fil fusible en alliage
métallique de section précise
Remplissage de poudre de silice pour étouffer l’arc électrique et
assurer l’isolement après la coupure
Embout en cuivre argenté
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Sécurité
1.5) Appareillages de protection et de commande: le fusible Structure interne:
I) Appareillages
(http://sitelec.org/download.php?filename=cours/abati/download/cartouches_fusibles_legrand.pdf)
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Type de fusibles en BT :
gG (ou gI): Applications générales (calibre en noir).
aM : Fusible accompagnement Moteur pour les
fortes surcharges et courts-circuits (calibre en vert).
Type de la cartouche fusible
Intensité nominale
ou assignée
Tension nominale
ou assignée
Sécurité
1.5) Appareillages de protection et de commande: le fusible Critères de choix:
I) Appareillages
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• SLT signifie :– Schémas de Liaison à la Terre
– Système de Localisation de Terre
– Système de Liaison de Terre
• Ce dispositif de protection est un : – disjoncteur
– contacteur
– interrupteur différentiel
• Un contact direct correspond au contact avec une pièce métallique:– normalement sous tension
– mise accidentellement sous tension
– mise à la terre
• Un interrupteur différentiel sert à protéger:– contre les surcharges
– les personnes
– contre les court-circuits
Sécurité
1.6) QCM1
I) Appareillages
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• SLT signifie :– Schémas de Liaison à la Terre
– Système de Localisation de Terre
– Système de Liaison de Terre
• Ce dispositif de protection est un : – disjoncteur
– contacteur
– interrupteur différentiel
• Un contact direct correspond au contact avec une pièce métallique:– normalement sous tension
– mise accidentellement sous tension
– mise à la terre
• Un interrupteur différentiel sert à protéger:– contre les surcharges
– les personnes
– contre les court-circuits
Sécurité
1.6) QCM1
I) Appareillages
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Sécurité
2.1) Problématique
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
Les membranes isolantes des cellules ont une faible tension de claquage . C’est pourquoi l’augmentation de la tension appliquée au niveau des cellules entraîne la perforation de ces parties isolantes .
Ces perforations, qui se produisent de proche en proche entraînent une diminution non linéaire de l’impédance Z:
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Article 322-2de la normeNF C 15-100
de 1977
25 50 250 380 Uc (V)
1
2
3
4
5 Peau sèchePeau humide
Peau mouillée
Peau immergée
R (kΩ)
Sécurité
2.1) Problématique
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
Résistance du corps humain en fonction de la tension de contact et de l’état de la peau:
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Sécurité
2.1) Problématique
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
Temps(ms)
Courant(mA)
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Sécurité
2.1) Problématique
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
La gravité dépend: Du courant Du temps
Temps(ms)
Courant(mA)
Gravité
Le courant électrique traversant le corps humain met en danger une personne au fur et à meure qu’il y a perforation des membranes isolantes des cellules, donc diminution de la résistance du corps humain.
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Protection:
Isolation ou enveloppe (IP2X) Protection intrinsèque
Obstacle ou utilisation de la TBTS Protection collective
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.2) Type de contact Le contact direct : Contact avec une pièce métallique normalement sous tension.
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.2) Type de contact Le contact indirect : Contact avec une pièce métallique mise accidentellement sous tension:
Défaut d’isolement
Protection:
Coupure automatique Schéma de Liaison à la Terre
Emploi de matériel isolé Classe de Protection
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.3) Classe de protection
Fig. 1Plaque signalétique d’un matérielde Classe 2:
Isolation renforcée
Fig. 2Symbole d’un matérielde Classe 3:
Fonctionne en TBTIII
Norme IEC 60950-1 : 4 classes de protection électrique
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.3) Classe de protection
Norme IEC 60950-1 : 4 classes de protection électrique
Classe 0 : Isolation fonctionnelle sans prise de terre. Les prises de ceséquipements n'ont pas de broche de terre. Vente interdite en Europe.
Classe 1 : Isolation fonctionnelle avec une broche de terre et une liaison équipotentielle. Ces équipements possèdent une prise de terre sur laquelle sont connectées les parties métallique.
Classe 2 : Isolation renforcée sans partie métallique accessib le. Les prises des équipements de classe 2 ne possèdent pas de broche de terre.
Classe 3 : Fonctionne en très basse tension de sécurité (TBT) (≤ 50 V). L'abaissement de tension est réalisé via transformateur de sécurité, réalisant une isolation galvanique entre primaire et secondaire.
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.4) Indice de protection (IP)
Norme IEC 60529: protections IP "SL": "S" concerne les solides,"L" concerne les liquides.
1er chiffre: "S"
Totalement6
Poussières5
D ≥ 1 mm4
D ≥ 2,5 mm (un tournevis)3
D ≥ 12 mm (un doigt)2
D ≥ 50 mm (une main)1
Aucune0
DescriptionIP
Protections contre les solides
2nd chiffre: "S"
Immersion prolongée8
Immersion7
Mer6
À la lance5
Toutes directions4
Jusqu'à 60° de la verticale3
Jusqu'à 15° de la verticale2
Gouttes verticales1
Aucune0
DescriptionIP
Protections contre les liquides
IP2x:
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.5) Schémas de Liaison à la Terre (SLT)
Norme IEC 60364: SLT
Définition: Les SLT ont pour but de protéger les personnes et le matériel en matière d’isolement. Cet isolement peut se faire par éloignement, ou via des matériaux isolants. Sa détérioration peut entrainer des risques pour les personnes, les biens et la continuité de service.
Un SLT est défini par 2 lettres: TT, IT, TN
1ère lettre: Situation du neutre du transformateur par rapport à la terre- T : liaison directe du neutre à la terre.- I : absence de liaison du neutre à la terre (isolé)
ou liaison par l'intermédiaire d'une impédance.
2ème lettre: Situation des masses de l’installation- T : liaison des masses à une prise de terre distincte.- N : liaison des masses au neutre.
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.5) Schémas de Liaison à la Terre (SLT)
TT
TNs
TNc
IT
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.6) Régime TT
Installé systématiquement sur les installations < 36kW
Coupure au premier défaut d’isolement.
Emploi obligatoire de dispositifs différentiels.TT
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Fig.2Interrupteur différentiel + Disjoncteur
Fig.1Interrupteur différentiel
• Interrupteur différentiel assure une coupure en cas de: défaut d’isolement
• Disjoncteur différentiel assure une coupure en cas de: défaut d’isolement court-circuit surcharge
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR)
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Le DDR mesure la différence d’intensité entre la phase et le neutre.
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR)
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En cas de défaut d’isolement, le dispositif différentiel provoque l’ouverture du circuit si la différence d’intensité entre la phase et le neutre dépasse la valeur de la sensibilité du calibre
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR)
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Sélectivité chronométrique :Le dispositif amont doit avoir un retard supérieur au temps de
fonctionnement du dispositif aval.
Note: DDR de type S: dispositif retardé
Sélectivité ampèremétrique :Le courant différentiel assigné du dispositif amont doit être au
moins le triple de celui du dispositif aval (I∆namont > 3.I∆naval).
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR) Sélectivité:
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Exemple d’installation:
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR) Sélectivité:
La sélectivitéampèremétriqueest-elle vérifiée ?
I∆namont
I∆naval
= ……….
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
Le dispositif différentiel assure la coupure du circuit ainsi que la protection des personnes pouvant être en contact avec une masse mise sous tension par accident.
2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR)
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• Le neutre n’est engénéral pas distribué.
• L’installation estraccordée au réseauvia un transformateur.
• Nécessité d’unpersonnel qualifié.
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.7) Régime IT Neutre impédant et masse à la terre
• Le neutre du réseau est isolé de la terre ou mis à la terrevia une impédance de forte valeur (neutre impédant).
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• Signalisation du premier défaut par le Contrôleur Permanent d’Isolement (CPI) Recherche & Elimination du défaut. Continuité de service en exploitation
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.7) Régime IT Neutre impédant et masse à la terre
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Au deuxième défaut, apparition d’un court-circuit entre les deux défauts Coupure immédiate par le déclenchement du disjoncteur.
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.7) Régime IT Neutre impédant et masse à la terre
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.7) Régime TNc Conducteurs de neutre et de terre confondus
Liaison équipotentiel entre la terre du neutre du réseau et la terre des masses de l’installation. Réseaux privés alimentés par transformateur. Puissance de l’installation
entre 36 et 250kW. Personnel d’entretien
qualifié.
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Un défaut d’isolement se traduit par un courant de court-circuit entre le PEN et le transformateur, est coupé par le dispositif de protection contre les courts-circuits
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.7) Régime TNc Conducteurs de neutre et de terre confondus
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• Le calibre des protections dépend de l’impédance de boucle de défaut.
• TNs : coupure de tous les conducteurs actif y compris le neutre.
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.8) Régime TNs Conducteurs de neutre et de terre séparés
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Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.8) Régime TNs Conducteurs de neutre et de terre séparés
Un défaut d’isolement se traduit par un courant de court-circuit, entre le PE et le transformateur, est coupé par le dispositif de protection contre les courts-circuits.
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Borne de terre
2 mmini
Piquetvertical
Grillagehorizontal
Conducteurenfouit
horizontalement
Plaquemince
verticale
Sol La qualité d’une prise de terre (résistance faible) dépend de : La réalisation; La résistance du sol.
Une prise de terre consiste à relier par un fil conducteur, les masses métalliques qui risquent d’être mises accidentellement sous tension.
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.9) Prise de terre Masse métallique enterrée
Chapitre 5 − Sécurité Page 65 / 84
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.9) Prise de terre Masse métallique enterrée
Courant nominal du DDR
Valeur maximumde la terre
30 mA 1677 ΩΩΩΩ
100 mA 500 ΩΩΩΩ
300 mA 167 ΩΩΩΩ
500 mA 100 ΩΩΩΩ
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66
La mise à la terre consiste à relier par un fil conducteur, les masses métalliques risquant d’être mises accidentellement sous tension.
Sécurité
II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre
2.9) Prise de terre Masse métallique enterrée
Chapitre 5 − Sécurité Page 67 / 84
A
B C
TRQ1
Sécurité
III) Courants de court-circuit
3.1) Contexte Distribution BT Le calcul des courants de court circuit définit:
Le pouvoir de coupure des dispositif de protection. La section des conducteurs (contrainte thermique).
Chapitre 5 − Sécurité Page 68 / 84
Au point B, le courant de court circuit ICCB est défini par :
l’impédance interne du transformateur,
l’impédance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur.
Au point C , le courant de court circuit ICCC est défini par :
l’impédance interne du transformateur,
l’impédance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur,
l’impédance du câble C1.
ICCB > ICCC
Réseau amont
Transformateur TR
Disjoncteur Q1
Câble C1
Tableau général basse tension TGBT
(jeu de barres)
Sécurité
III) Courants de court-circuit
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit Un court-circuit se produit après le transformateur
Chapitre 5 − Sécurité Page 69 / 84
V : tension simple au secondaire
Ra : résistance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur
Xa : réactance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur
Rt : résistance du transformateur ramenée au secondaire
Xt : réactance du transformateur ramenée au secondaire
Rc : résistance d’une phase du câble C1
Xc : réactance d’une phase du câble C1
Sécurité
III) Courants de court-circuit
Un court-circuit se produit après le transformateur Modélisation du réseau pour une phase, côté BT:
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit
Chapitre 5 − Sécurité Page 70 / 84
V1
V3
V2
XphRph
Rph
Rph
Xph
Xph
Icc3
Calcul de l’intensité de court-circuit en triphasé Icc3 Courant de court-circuit par une liaison électrique entre 3 phases:
3 2 2 2 23.cc
V UI
Rph Xph Rph Xph= =
+ +∑ ∑ ∑ ∑
Le courant Icc3 définit: le pouvoir de coupure
minimum du dispositif de protection. la contrainte thermique
maximale exercée sur les conducteurs.
amont transfo cable
amont transfo cable
Rph R R R
Xph X X X
= + + = + +
Sécurité
III) Courants de court-circuit
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit
avec
Chapitre 5 − Sécurité Page 71 / 84
Au point B, le courant de court circuit ICCB est défini par :
Les impédances Ra, Xa, Rt & Xt.
Au point C , le courant de court circuit ICCC est défini par :
Les impédances Ra, Xa, Rt, Xt, Rc & Xc.
2 23. ( ) ( )ccB
UI
Ra Rt Xa Xt=
+ + +
Réseau amont
Transformateur TR
Disjoncteur Q1
Câble C1
2 23. ( ) ( )ccC
UI
Ra Rt Rc Xa Xt Xc=
+ + + + +
Sécurité
III) Courants de court-circuit
Calcul de l’intensité de court-circuit en triphasé Icc3 Courant de court-circuit par une liaison électrique entre 3 phases:
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit
Chapitre 5 − Sécurité Page 72 / 84
V1
V3
V2
XphRph
Rph
Rph
Xph
Xph
Icc1
U
XnRn
Sécurité
III) Courants de court-circuit
Calcul de l’intensité de court-circuit en monophasé Icc1 Courant de court-circuit par une liaison électrique entre phase et neutre:
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit
( ) ( )1 2 2
3.cc
UI
Rph Rn Xph Xn=
+ + +∑ ∑ ∑ ∑
Le courant Icc1 définit: le seuil de
déclenchement du déclencheur magnétique du disjoncteur. la contrainte thermique
exercée dans le câble.
amont transfo cable
amont transfo cable
Rph R R R
Xph X X X
= + + = + +
avec
Chapitre 5 − Sécurité Page 73 / 84
Valeurs Ra et Xa du réseau amont:
Sécurité
III) Courants de court-circuit
Détermination des impédances du réseau amont: Ra et Xa Dépend de la puissance de court circuit du réseau amont
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit
Scc (MVa)
250
250
500
500
U (V)
237
410
237
410
Ra (mΩ)
0.033
0.100
0.017
0.050
Xa (mΩ)
0.222
0.700
0.111
0.350
Chapitre 5 − Sécurité Page 74 / 84
Valeurs Rt et Xt du transformateur ramenées au secondaire:
Sécurité
III) Courants de court-circuit
Détermination des impédances de transformateur: Rt et Xt Dépend de la puissance et du rapport de transformation
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit
Chapitre 5 − Sécurité Page 75 / 84
ρcuivre = 22,5 mΩ.mm2/m
ρalu = 36 mΩ.mm2/m.C
LR
S
ρ=
Xc(mΩ)= 0,08 . L(m) (câbles multipolaires ou câble triphasé)Xc(mΩ)= 0,13 . L(m) (câbles monopolaires jointifs en nappe)Xc(mΩ)= 0,09 . L(m) (câbles monoconducteurs séparés)Xc(mΩ)= 0,13 . L(m) (jeu de barres)
S: Section (mm2)
L: Longueur (m)
Sécurité
III) Courants de court-circuit
Détermination des impédances de ligne: Rc et Xc Les valeurs Rc et Xc du câble dépendent de la nature et du mode de pose:
3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit
La résistance Rc est liée à la nature du câble:
La réactance Xc est liée au mode de pose du câble:
avec
et
Chapitre 5 − Sécurité Page 76 / 84
Pour le réseau amont (ramené au secondaire du transformateur):
Pour le transformateur:
U (V): Tension entre deux phases côté secondaire du transformateur
Scc (VA): Puissance de court circuit du réseau amont
Pcu (W): Pertes cuivre du transformateur
Sn (VA): Puissance apparente nominale du transformateur
Ucc (%): Tension de court circuit du transformateur (exprimée en %)
2
acc
UZ
S= 0,15a aR X= 2 2
a a aZ R X= +
2
(%)t ccn
UZ U
S= 2 2
t t tZ R X= +2
2t cun
UR P
S=
Sécurité
III) Courants de court-circuit
3.3) Synthèse: Relations à connaître
avec :
Chapitre 5 − Sécurité Page 77 / 84
Réseau amont
Disjoncteur Q1
Câble C1
Tableau général basse tension TGBT
(jeu de barres)
Caractéristiques de cette installation :
Réseau amont Scc = 500 MVA
Transformateur 20kV/410V, 400 kVA,UCC = 6% et Pcu = 5 kW
Câble C1 = 3 x 150 mm2 par phase en Cu,longueur de trois mètres
Calculer par la méthode des impédances la valeur du courant de court circuit Icc,B et Icc,C
Sécurité
III) Courants de court-circuit
3.4) Application: Calcul de l’intensité de court-circuit
Chapitre 5 − Sécurité Page 78 / 84
Réseau amont
Disjoncteur Q1
Câble C1
Réseau amont Scc = 500 MVA
Transformateur 20kV/410V, 400 kVA,
UCC = 6% et Pcu = 5 kW
Câble C1 = 3 x 150 mm2 par phase en Cu,
longueur de trois mètres
TGBT
Sécurité
III) Courants de court-circuit
3.4) Application: Calcul de l’intensité de court-circuit
0,
3cc B
B
UI
Z=
2 20
6
4100,336 mΩ
500.10acc
UZ
S= = =
2 20
6
410(%) 0,06 25,2 m
400.10t ccn
UZ U
S= = = Ω
0 0, 3
410
3 3( ) 3.25,5.10cc B
B a t
U UI
Z Z Z −= = = =
+ ICC,B = 9264 A soit ICC,B = 9,3kA
avec B s a tZ Z Z Z= = +∑
et
Chapitre 5 − Sécurité Page 79 / 84
Réseau amont
Disjoncteur Q1
Câble C1
Réseau amont Scc = 500 MVA
Transformateur 20kV/410V, 400 kVA,
UCC = 6% et Pcu = 5 kW
Câble C1 = 3 x 150 mm2 par phase en Cu,
longueur de trois mètres
Sécurité
III) Courants de court-circuit
3.4) Application: Calcul de l’intensité de court-circuit
96
322,5.10 0,15 m
3 150.10cable
LR
Sρ −
−= = = Ω×
0,08 0,08 3 0,24 mcableX L= = × = Ω
0, 3
410
3( ) 3 25,8.10cc C
a t cable
UI
Z Z Z −= = =
+ + ×
TGBT
ICC,C = 9163 A soit ICC,C = 9,2 kA
avec0,
3cc C
C
UI
Z= C s a t cableZ Z Z Z Z= = + +∑
et
soit 2 2 2 20,15 0, 24 0, 283 mcable cable cableZ R X= + = + = Ω
Chapitre 5 − Sécurité Page 80 / 84
Sécurité
IV) Dimensionnement
4.1) Conception: Critères
Contrainte thermique:Grandeur conventionnelle qui dépend de l’énergie thermique limitée par un fusible lors de sa coupure. Cette contrainte thermique s’écrit: I2.t (A2.s).
Pourquoi faut-il limiter la contrainte thermique ?L’énergie dégagée par le court-circuit, s’il n’est pas limité, peut vite entraîner la destruction de l’installation.
t (s)
I (A)f.IZ
Courantd’emploi
IB
Zone de surchauffe du câble
Contrainte thermique
Chapitre 5 − Sécurité Page 81 / 84
Sécurité
IV) Dimensionnement
4.2) Dissipation thermique Résistance du câble Dépend de la nature et de la géométrie du câble
Au passage d’une intensité importante, un conducteur réel subit une dissipation thermique définie par la loi de joule:
Cette énergie électrique se transforme en énergie thermique et provoque un échauffement du câble. Cette chaleur cause non seulement des pertes, mais entraîne un vieillissement accéléré, voire devient une source de défaut électrique.
2. .JouleE R I t=.L
RS
ρ=avec
Afin de pallier cet effet, on limite le plus souvent la densité de courant dans le câble à une valeur déterminée par des formules empirique ou abaques, typiquement de l’ordre de 1 à 5 A/mm2 selon les configurations.
Chapitre 5 − Sécurité Page 82 / 84
Sécurité
IV) Dimensionnement
4.3) Densité de courant Résistivité du conducteur Dépend de la nature du câble
Déterminer les densité de courant J (A/mm2) préconisées par cette table.
J (A/mm 2)J (A/mm 2)
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Sécurité
IV) Dimensionnement
4.3) Densité de courant Résistivité du conducteur Dépend de la nature de la charge Charge résistive: type convecteurs électriques
Déterminer les densité de courant J (A/mm2) préconisées par cette table.
I (A) J (A/mm²)
632257250
425205750
2,520164500
1,510102250
S (mm²)
Calibre Disjoncteur (A)
Calibre Fusible (A)
Pmax (W)
Chapitre 5 − Sécurité Page 84 / 84
Sécurité
Conclusion
Déterminer le courant I (A) traversant le corps. Est-il dangereux ?
Rester branché… et en bonne santé… implique un respect des règles et consignes de sécurité …
Application: Contact direct entre la phase V = 230 V et le neutre.La main est en contact avec la phase et relie le corps humain de résistanceRh = 1 kΩ et les chaussures aux pieds de résistance Rp = 2 kΩ.
V
Rh
Rp
Ph
N
I
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