Fiche de révision : Régimes de neutre et protection électrique

📋 Plan du Cours

1. Grandeurs et relations électriques
2. Régime TT et défaut d’isolement
3. Régime TNC et boucle de défaut
4. Régime IT au premier défaut
5. Régime IT au deuxième défaut
6. Conditions de protection

📖 1. Grandeurs et relations électriques

★ À maîtriser

📐 Formule - La loi d’Ohm s’écrit $U = R \times I$, avec U en volts, R en ohms et I en ampères.

📐 Formule - La résistance d’un conducteur est donnée par $R = \rho \frac{L}{S}$, où ρ est la résistivité, L la longueur et S la section.

📌 En triphasé, la tension simple V est mesurée entre phase et neutre et vaut 230 V, tandis que la tension composée U est mesurée entre deux phases et vaut 400 V.

📌 Dans la désignation d’un régime de neutre, la première lettre décrit le raccordement du neutre du transformateur et la deuxième celui des masses des appareils ; T signifie raccordé à la terre, I isolé de la terre et N raccordé au neutre.

Compléments

📐 Formule - Deux résistances en série ont pour résistance équivalente $R_{eq} = R_1 + R_2$.

📐 Formule - Deux résistances en parallèle ont pour résistance équivalente $R_{eq} = \frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$.

• La résistivité indiquée est de 0,0225 Ω·mm²/m pour le cuivre et de 0,036 Ω·mm²/m pour l’aluminium.

📖 2. Régime TT et défaut d’isolement

🔑 Notions clés & Définitions

• Tension de contact : Différence de potentiel entre la carcasse métallique touchée par l’utilisateur et la terre.

★ À maîtriser

• En régime TT, un défaut entre une phase et la carcasse crée une boucle où les résistances parcourues par le courant de défaut sont en série.

• Le seuil de non-lâché indiqué pour le courant est de 10 mA, soit 0,01 A.

📌 En régime TT, une tension de contact supérieure à la limite de sécurité est dangereuse et le défaut doit être éliminé rapidement par un DDR associé à un disjoncteur magnétothermique.

Compléments

• En régime TT, la résistance de l’homme est en dérivation avec la résistance de terre concernée dans le calcul du défaut.

💡 Astuce mémo

Défaut phase-masse → courant dans la terre → tension de contact dangereuse

📖 3. Régime TNC et boucle de défaut

🔑 Notions clés & Définitions

• Impédance : L’impédance est l’opposition d’un circuit au passage du courant alternatif, tandis que la résistance concerne les alimentations continues.

★ À maîtriser

📐 Formule - En régime TNC, l’impédance de la boucle de défaut se réduit à $Z_b = Z_{PE} + Z_{Ph}$.

• Dans l’exemple TNC, le courant de défaut calculé est de 4 089 A et la tension de contact de 92 V, supérieure à la limite de sécurité de 50 V.

📌 En régime TNC, un défaut dangereux doit être éliminé par un dispositif de protection contre les courts-circuits, notamment un disjoncteur.

Compléments

• En régime TNC, les impédances ZAB et ZEF des lignes sont négligeables, l’impédance de défaut ZCD est négligeable, et les impédances ZBC et ZDE ne sont pas négligeables.

📐 Formule - Lors d’un défaut d’isolement en court-circuit, la tension disponible est prise égale à $0{,}8 \times V_0$, en raison d’une chute de tension de 20 %.

• Dans l’exemple TNC, un réseau triphasé 3 × 400 V alimente un récepteur par un câble en cuivre de 50 mm² et de 50 m, avec mêmes longueur et section pour les phases et le conducteur de protection.

📖 4. Régime IT au premier défaut

★ À maîtriser

📐 Formule - Au premier défaut en régime IT, le courant est calculé par $I_d = \frac{V}{R_A + Z}$ lorsque les résistances des conducteurs de phase et de terre sont négligeables devant RA.

• Les tensions limites de sécurité indiquées sont de 50 V en local sec et de 25 V en local humide.

📌 Après un premier défaut IT, il est souhaitable de l’éliminer rapidement avant qu’un second défaut ne survienne, et un contrôleur permanent d’isolement (CPI) est nécessaire.

Compléments

• Dans l’exemple IT, avec un réseau 3 × 400 V, RA = 10 Ω et Z = 50 000 Ω, le courant de défaut est de 4,6 mA.

• Le courant de 4,6 mA de l’exemple est inférieur au seuil de non-lâché de 10 mA et est considéré comme a priori inoffensif.

💡 Astuce mémo

Premier défaut : courant limité par l’impédance d’isolement ; deuxième défaut : court-circuit à éliminer

📖 5. Régime IT au deuxième défaut

★ À maîtriser

• En régime IT, un second défaut sur le même conducteur actif que le premier ne provoque pas de circulation de courant de défaut, contrairement à un défaut sur un autre conducteur actif.

• Avec des masses interconnectées, le calcul du deuxième défaut IT est identique à celui du régime TN, tandis qu’avec des prises de terre distinctes il est identique à celui du régime TT.

• En cas de deuxième défaut IT avec des masses interconnectées, le courant et les tensions de contact élevés correspondent à un court-circuit entre deux phases qui doit être coupé par un disjoncteur.

Compléments

📐 Formule - Pour des masses interconnectées, l’impédance de boucle du deuxième défaut est $Z_b = Z_{PH1} + Z_{PE1} + Z_{PH2} + Z_{PE2}$.

📌 Avec des prises de terre distinctes en régime IT, le courant de fuite passe par la terre et un dispositif différentiel doit le détecter.

📌 Lorsque les masses ne sont pas toutes connectées à la même prise de terre, un DDR doit être installé par groupe d’équipements.

💡 Astuce mémo

Masses interconnectées : logique TN ; prises de terre distinctes : logique TT

📖 6. Conditions de protection

★ À maîtriser

• La protection doit respecter un temps de coupure suffisamment court selon la CEI 60364, paragraphe 413.1.1.1, et la NF C 15-100.

• Les solutions proposées sont : diminuer le seuil de déclenchement contre les courts-circuits, augmenter la section des conducteurs, installer un DDR dans un schéma TNS, notamment pour les circuits alimentant des prises de courant, réaliser une liaison équipotentielle supplémentaire entre les éléments métalliques simultanément accessibles

Compléments

• Les constructeurs fournissent des tableaux indiquant les longueurs maximales de câble selon le réglage des protections et les sections des câbles.

• La longueur maximale de canalisation dépend de la tension simple nominale, de la section et de la résistivité des conducteurs ainsi que du courant de déclenchement magnétique du disjoncteur.