Ener1 - CM5 - Sécurité électrique

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Sécurité électrique

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Ener1 - CM5 - Sécurité électrique

  1. 1. Chapitre 5 − Sécurité Page 1 / 84 Novembre 2013 Ener1 − Réseaux électriques Chapitre 5: Sécurité Université du Havre, IUT du Havre Département GEII
  2. 2. Chapitre 5 − Sécurité Page 2 / 84 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 Semestre S1 Module Réseaux électriques Référence Ener1 (M1101) Volume horaire 60h (15CM, 24TD, 21TP) Matière Énergie UE UE11 Ener1 – Réseaux électriques PPN 2013: Ener1
  3. 3. Chapitre 5 − Sécurité Page 3 / 84 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
  4. 4. Chapitre 5 − Sécurité Page 4 / 84 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
  5. 5. Chapitre 5 − Sécurité Page 5 / 84 IV) Distribution IV.1) Réseau de distribution IV.2) Norme IV.3) Distribution BT IV.4) Schémas électriques V) Sécurité V.1) Appareillages V.2) Schémas de liaison à la terre (SLT) V.3) Courants de court-circuit V.4) Dimensionnement VI) Habilitation VI.1) Risque électrique VI.2) Prévention et protection VI.3) Hiérarchisation des responsabilités VI.4) Consignation VI.5) Habilitations PPN 2013: Ener1
  6. 6. Chapitre 5 − Sécurité Page 6 / 84 IV) Distribution IV.1) Réseau de distribution IV.2) Norme IV.3) Distribution BT IV.4) Schémas électriques V) Sécurité V.1) Appareillages V.2) Schémas de liaison à la terre (SLT) V.3) Courants de court-circuit V.4) Dimensionnement VI) Habilitation VI.1) Risque électrique VI.2) Prévention et protection VI.3) Hiérarchisation des responsabilités VI.4) Consignation VI.5) Habilitations PPN 2013: Ener1
  7. 7. Chapitre 5 − Sécurité Page 7 / 84 Objectifs pédagogiques: • Connaître les éléments essentiels de sécurité des réseaux électriques. • Dimensionner des éléments et dispositifs de sécurité. Capacités requises: • Décrire les éléments de sécurité constitutifs d’une installation électrique. • Identifier les fonctions de sécurité requises. • Repérer sur un plan les éléments de sécurité constitutifs des différents réseaux d’équipement. Sécurité Introduction Contexte :
  8. 8. Chapitre 5 − Sécurité Page 8 / 84 Sécurité Introduction Fusibles Sectionneur porte-fusible Disjoncteur magnéto-thermique Disjoncteur DDR Appareillage
  9. 9. Chapitre 5 − Sécurité Page 9 / 84 Sécurité Introduction Installation électrique Protection des circuits et des personnes
  10. 10. Chapitre 5 − Sécurité Page 10 / 84 Acheminement Fourniture Protection • Puissance maximale limitée. • Comptabilisation de la consommation. • Protection des personnes. • Protection des installations. Introduction Production Consommation et Protection "Missions" du réseau électrique : • Réseau de transport, répartition, distribution. Sécurité
  11. 11. Chapitre 5 − Sécurité Page 11 / 84 Un appareil peut assurer une ou plusieurs fonctions. Le symbole nous renseigne clairement sur les fonctions assurées par l’appareil. Isoler le circuit de son alimentation Autoriser ou interrompre le passage du courant en fonctionnement normal. Protéger les circuits et les personnes Sécurité I) Appareillages 1.1) Rôle des appareillages
  12. 12. Chapitre 5 − Sécurité Page 12 / 84 1.2) Eléments de protection Sécurité I) Appareillages
  13. 13. Chapitre 5 − Sécurité Page 13 / 84 1.2) Eléments de protection Sécurité I) Appareillages
  14. 14. Chapitre 5 − Sécurité Page 14 / 84 1.2) Eléments de protection Sécurité I) Appareillages
  15. 15. Chapitre 5 − Sécurité Page 15 / 84 • 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
  16. 16. Chapitre 5 − Sécurité Page 16 / 84 • 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
  17. 17. Chapitre 5 − Sécurité Page 17 / 84 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
  18. 18. Chapitre 5 − Sécurité Page 18 / 84 • 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
  19. 19. Chapitre 5 − Sécurité Page 19 / 84 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
  20. 20. Chapitre 5 − Sécurité Page 20 / 84 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 T2 T2 T1T1 T4 T4 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
  21. 21. Chapitre 5 − Sécurité Page 21 / 84 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 D Déclenchement 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
  22. 22. Chapitre 5 − Sécurité Page 22 / 84 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)
  23. 23. Chapitre 5 − Sécurité Page 23 / 84 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.
  24. 24. Chapitre 5 − Sécurité Page 24 / 84 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
  25. 25. Chapitre 5 − Sécurité Page 25 / 84 Norme NF 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
  26. 26. Chapitre 5 − Sécurité Page 26 / 84 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 protection. IA IN: Courant nominal: Zone de fonctionnement du dispositif de protection. IN IB IB: Courant d’emploi: Défini à partir de la puissance apparente des récepteurs et peut être affecté d’un ou plusieurs coefficient (simultanéité, utilisation). I2 I2: Courant de déclenchement: Assure le fonctionnement du dispositif de protection. Icc3Icc3: Courant de court-circuit: Défini à partir de l’installation. Fixe la limite supérieure de protection. PdCPdC: Pouvoir de coupure: Caractéristique du dispositif de protection.
  27. 27. Chapitre 5 − Sécurité Page 27 / 84 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
  28. 28. Chapitre 5 − Sécurité Page 28 / 84 Sécurité 1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Disjoncteur magnéto-thermique : I) Appareillages Courant nominal: IN = 10 A Déclenchement 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 de déclenchement thermique Limites de déclenchement magnétique DPN-C-10 IN
  29. 29. Chapitre 5 − Sécurité Page 29 / 84 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)
  30. 30. Chapitre 5 − Sécurité Page 30 / 84 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)
  31. 31. Chapitre 5 − Sécurité Page 31 / 84 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
  32. 32. Chapitre 5 − Sécurité Page 32 / 84 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
  33. 33. Chapitre 5 − Sécurité Page 33 / 84 Sécurité I) Appareillages 1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR):
  34. 34. Chapitre 5 − Sécurité Page 34 / 84 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 tubulaire en 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
  35. 35. Chapitre 5 − Sécurité Page 35 / 84 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)
  36. 36. Chapitre 5 − Sécurité Page 36 / 84 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
  37. 37. Chapitre 5 − Sécurité Page 37 / 84 • 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
  38. 38. Chapitre 5 − Sécurité Page 38 / 84 • 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
  39. 39. Chapitre 5 − Sécurité Page 39 / 84 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:
  40. 40. Chapitre 5 − Sécurité Page 40 / 84 Article 322-2 de la norme NF C 15-100 de 1977 25 50 250 380 Uc (V) 1 2 3 4 5 Peau sèche Peau 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:
  41. 41. Chapitre 5 − Sécurité Page 41 / 84 Sécurité 2.1) Problématique II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre Temps (ms) Courant (mA)
  42. 42. Chapitre 5 − Sécurité Page 42 / 84 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.
  43. 43. Chapitre 5 − Sécurité Page 43 / 84 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.
  44. 44. Chapitre 5 − Sécurité Page 44 / 84 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
  45. 45. Chapitre 5 − Sécurité Page 45 / 84 Sécurité II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre 2.3) Classe de protection Fig. 1 Plaque signalétique d’un matériel de Classe 2: Isolation renforcée Fig. 2 Symbole d’un matériel de Classe 3: Fonctionne en TBTIII Norme IEC 60950-1 : 4 classes de protection électrique
  46. 46. Chapitre 5 − Sécurité Page 46 / 84 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 ces équipements 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 accessible. 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.
  47. 47. Chapitre 5 − Sécurité Page 47 / 84 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:
  48. 48. Chapitre 5 − Sécurité Page 48 / 84 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.
  49. 49. Chapitre 5 − Sécurité Page 49 / 84 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
  50. 50. Chapitre 5 − Sécurité Page 50 / 84 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
  51. 51. Chapitre 5 − Sécurité Page 51 / 84 Fig.2 Interrupteur différentiel + Disjoncteur Fig.1 Interrupteur 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)
  52. 52. Chapitre 5 − Sécurité Page 52 / 84 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)
  53. 53. Chapitre 5 − Sécurité Page 53 / 84 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)
  54. 54. Chapitre 5 − Sécurité Page 54 / 84 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:
  55. 55. Chapitre 5 − Sécurité Page 55 / 84 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 sélectivité ampèremétrique est-elle vérifiée ? I∆namont I∆naval = ……….
  56. 56. Chapitre 5 − Sécurité Page 56 / 84 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)
  57. 57. Chapitre 5 − Sécurité Page 57 / 84 • Le neutre n’est en général pas distribué. • L’installation est raccordée au réseau via un transformateur. • Nécessité d’un personnel 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 terre via une impédance de forte valeur (neutre impédant).
  58. 58. Chapitre 5 − Sécurité Page 58 / 84 • 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
  59. 59. Chapitre 5 − Sécurité Page 59 / 84 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
  60. 60. Chapitre 5 − Sécurité Page 60 / 84 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.
  61. 61. Chapitre 5 − Sécurité Page 61 / 84 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
  62. 62. Chapitre 5 − Sécurité Page 62 / 84 • 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
  63. 63. Chapitre 5 − Sécurité Page 63 / 84 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.
  64. 64. Chapitre 5 − Sécurité Page 64 / 84 Borne de terre 2 m mini Piquet vertical Grillage horizontal Conducteur enfouit horizontalement Plaque mince 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
  65. 65. 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 maximum de la terre 30 mA 1677 ΩΩΩΩ 100 mA 500 ΩΩΩΩ 300 mA 167 ΩΩΩΩ 500 mA 100 ΩΩΩΩ
  66. 66. Chapitre 5 − Sécurité Page 66 / 84 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
  67. 67. Chapitre 5 − Sécurité Page 67 / 84 A B C TR Q1 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).
  68. 68. 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
  69. 69. 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
  70. 70. Chapitre 5 − Sécurité Page 70 / 84 V1 V3 V2 Xph Rph 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 2 3. cc V U I 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
  71. 71. 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 2 3. ( ) ( ) ccB U I Ra Rt Xa Xt = + + + Réseau amont Transformateur TR Disjoncteur Q1 Câble C1 2 2 3. ( ) ( ) ccC U I 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
  72. 72. Chapitre 5 − Sécurité Page 72 / 84 V1 V3 V2 Xph Rph Rph Rph Xph Xph Icc1 U Xn Rn 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 U I 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
  73. 73. 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
  74. 74. 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
  75. 75. Chapitre 5 − Sécurité Page 75 / 84 ρcuivre = 22,5 mΩ.mm2/m ρalu = 36 mΩ.mm2/m. C L R 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
  76. 76. 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 a cc U Z S = 0,15a aR X= 2 2 a a aZ R X= + 2 (%)t cc n U Z U S = 2 2 t t tZ R X= + 2 2t cu n U R P S = Sécurité III) Courants de court-circuit 3.3) Synthèse: Relations à connaître avec :
  77. 77. 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
  78. 78. 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 , 3 cc B B U I Z = 2 2 0 6 410 0,336 mΩ 500.10 a cc U Z S = = = 2 2 0 6 410 (%) 0,06 25,2 m 400.10 t cc n U Z U S = = = Ω 0 0 , 3 410 3 3( ) 3.25,5.10 cc B B a t U U I Z Z Z − = = = = + ICC,B = 9264 A soit ICC,B = 9,3kA avec B s a tZ Z Z Z= = +∑ et
  79. 79. 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 9 6 3 22,5.10 0,15 m 3 150.10 cable L R S ρ − − = = = Ω × 0,08 0,08 3 0,24 mcableX L= = × = Ω 0 , 3 410 3( ) 3 25,8.10 cc C a t cable U I Z Z Z − = = = + + × TGBT ICC,C = 9163 A soit ICC,C = 9,2 kA avec 0 , 3 cc C C U I Z = C s a t cableZ Z Z Z Z= = + +∑ et soit 2 2 2 2 0,15 0,24 0,283 mcable cable cableZ R X= + = + = Ω
  80. 80. 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 Courant d’emploi IB Zone de surchauffe du câble Contrainte thermique
  81. 81. 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 R S 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.
  82. 82. 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/mm2)J (A/mm2)
  83. 83. Chapitre 5 − Sécurité Page 83 / 84 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)
  84. 84. 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 résistance Rh = 1 kΩ et les chaussures aux pieds de résistance Rp = 2 kΩ. V Rh Rp Ph N I

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