Schéma de liaison à la terre/Schéma TN

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Le schéma de liaison à la terre T.N., neutre relié à la terre et masse au neutre

Dans ce type de schéma, toutes les masses de l'installation sont reliées au point de l'alimentation mis à la terre, en général le neutre, par des conducteurs de protection.

Ce raccordement direct transforme tout défaut d'isolement en court-circuit Phase – Neutre. Ce défaut ne pourra être éliminé que par les dispositifs de protections contre les courts-circuits :

• Les fusibles
• Les disjoncteurs magnétiques

Principe

• $Z_{S}$ : Impédance de la boucle de défaut
• $I_{d}$ : Courant de défaut
• $I_{a}$ : Courant assurant le fonctionnement du dispositif de protection
• $U_{O}$ : Tension nominale entre Phase et terre (Tension simple Ph – N)
• $U_{C}$ : Tension de défaut

La coupure automatique en schéma T.N. s'obtient en s'assurant que l'intensité de défaut est suffisant pour déclencher les protections contre les courts-circuits, d'où la règle :

$I_{d}={\frac {U_{O}}{Z_{S}}}>I_{a}$

Élévation du potentiel des masses en régime T.N.

L'élévation du potentiel des masses sera d'autant plus faible que le conducteur de protection sera de bonne qualité (minimiser le plus possibles la tension de contact et maximiser le courant de défaut)

Le schéma de liaison à la terre de type T.N.-C.

Introduction

La troisième lettre C signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont combinés. La priorité des couleurs des conducteurs impose donc le vert/jaune pour ce conducteur, avec un marquage bleu aux extrémités. Afin de le différencier des noms usuels du neutre et du conducteur de protection, il portera le nom PEN.

Ce schéma est interdit pour des sections inférieures à 10 mm² Cu ainsi que pour les canalisations mobiles.

Schéma de principe

Pour un défaut d'isolement d'impédance très faible entre la phase 1 et la masse, Le courant de défaut va atteindre la valeur d'un courant de court-circuit. Il faut donc que ce soit les disjoncteurs (ou les fusibles) qui doivent réagir.

Calculs simplifiés

Soit $Z_{1}$ et $Z_{PEN}$, les impédances respectives des conducteurs de la phase 1 et du conducteur PEN. En considérant $Z_{1}$ = $Z_{PEN}$, déterminer la valeur du potentiel de masses $U_{c}$ en cas de défaut franc.

$U_{c}=230\times {\frac {Z_{PEN}}{Z_{1}+Z_{PEN}}}={\frac {230}{2}}$

Ce qui donne $U_{c}$ = 115 V.

D'après les courbes de sécurité, dans les conditions normales ($U_{L}$ = 50 V), les dispositifs de protection doivent déclencher en moins de 200 ms.

Problèmes posés par la longueur des canalisations électriques

Dans le dossier annexe est donné la courbe de déclenchement d'un disjoncteur moteur (déclencheur thermique et déclencheur magnétique). Soit son courant de réglage à 50 A.

Si le défaut d'isolement provoque un courant de court-circuit de 1000 A. Le temps de déclenchement de ce disjoncteur sera de 75 ms.

La valeur de la résistance d'un conducteur de section s et de longueur l est définie par la loi : R = ρ ${\frac {l}{s}}$ (ρ = 0,0225 Ω mm².m-1). Pour la valeur de la réactance X= λl (λ = 0,08 mΩ.m ) et Z = ${\sqrt {R^{2}+X^{2}}}$ .

La valeur de Z est donc dépendante de la longueur l du circuit.

Si l’on double la longueur du circuit précédent, on double Z et on réduit la valeur du court-circuit par 4 (1 aller-retour). La valeur du courant de court-circuit est donc de 250 A mais dans ces mêmes conditions la tension de contact n'a pas changé. Avec ce même disjoncteur - moteur, la protection va se déclencher au bout de 3 secondes.

Dans ces conditions, le seul moyen d'améliorer la protection est soit :

• D'augmenter la section des conducteurs (si s augmente, R diminue donc Z diminue et Id augmente)
• Soit de prendre un disjoncteur dont le seuil du déclencheur magnétique est plus faible
• Soit de rajouter un D.D.R.F.S. (>1 A) sur le départ afin qu’il puisse se déclencher sur un défaut.

Avantages et inconvénients du TN-C

• Économie d'un conducteur (le neutre et le PE sont confondue)
• Économie sur le matériel (matériel 3 Pôles au lieu de 3 Pôles + neutre ou de 4 pôles)

Cas du branchement d'un appareil avec distribution du neutre et rupture du PEN. Si un défaut apparaît et que le conducteur PEN est coupé, on constate bien que la tension de défaut devient dangereuse et qu'aucun dispositif ne peut le couper.

C'est pour cela que la section des conducteurs doit être au minimum de 10 mm² pour le cuivre et de 16 mm² pour l'aluminium afin de ne pas avoir les conducteurs mécaniquement fragiles. Il en est de même pour les conducteurs mobiles.

Dans ces derniers cas, ce sera le schéma T.N.-S. qui sera retenu.

Le schéma de liaison à la terre de type T.N.-S.

La troisième lettre S signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont séparé. Nous remarquons que le défaut provoque un court-circuit et que ce sont les dispositifs de protection contre les courts-circuits qui doivent se déclencher.

Ce schéma est obligatoire en cas de section inférieur à 10 mm² pour le cuivre et en cas de canalisations mobiles.

Ce schéma de liaison n'est jamais suivi d'un schéma T.N.-C. Du poste d'alimentation vers notre récepteur, on peut passer du schéma T.N.-C. vers le schéma T.N.-S. mais jamais l'inverse (du T.N.-S. vers de T.N.-C.)

Conclusion

Ce schéma de liaison impose quelques contraintes :

• Être propriétaire du poste de transformation afin de pouvoir effectuer le changement de schéma.
• La nécessité d’avoir un personnel d'entretien très compétent
• La nécessité d'un contrôle périodique de la continuité et de la qualité du conducteur de protection
• La nécessité d’avoir des prises de terres uniformément réparties dans toute l'installation
• La nécessité d'une vérification obligatoire au déclenchement au premier défaut soit par des mesures réelles ou par calcul
• L'augmentation des risques d'incendie du fait des forts courants de défaut

L'usage du schéma T.N.-C. :

• Permet de faire une économie à l'installation (suppression d'un pôle d'appareillage et d'un conducteur)
• Implique l’utilisation de canalisation fixes (NF-C 15 100)
• Interdit l'usage de faibles sections (10 mm² Cu et 16 mm² Al)
• Est interdit dans les locaux à risques d'incendie, et d'explosion.

L'usage du schéma T.N.-S. :

• Est utilisable avec les petites sections
• Permet la séparation du neutre et du P.E. (éviter la pollution du P.E. en informatique)

. Il n'y a aucune obligation d’utiliser un TN-S dans les locaux à risque d'incendie ou d'explosion; c’est le TN-C qui est interdit dans les locaux à risques BE2 (incendie) et BE3 (explosion), et l'IT qui est généralement choisi du fait des faibles courants de défauts qu’il occasionne.