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.......................................................................... Cahier technique n° 212 Un conducteur actif et singulier : le neutre J. Schonek Collection T echnique Building a New Electric World * Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permet- tent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider Electric. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : Presse Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider Electric. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » de Schneider Electric. Avertissement L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n° (à préciser) ». n° 212 Un conducteur actif et singulier : le neutre CT 212 édition juin 2004 Jacques SCHONEK Ingénieur ENSEEIHT et Docteur-Ingénieur de l’Université de Toulouse, il a participé de 1980 à 1995 à la conception des variateurs de vitesse de la marque Telemecanique. Il a été ensuite gérant de l’activité Filtrage d’Harmoniques. Il est actuellement en charge des études Applications et Réseaux Electrotechniques au sein de la Direction « Power Protection & Control » de Schneider Electric. Cahier Technique Schneider Electric n° 212 / p.2 ir, is, it, iN (A) : valeurs instantanées des courants dans les phases et le neutre IN (A) : valeur efficace du courant dans le neutre IL (A) : valeur efficace du courant dans une phase Il (A) : composante fondamentale du courant IL ih (%) : taux d’harmonique de rang h du courant IL Ih (A) : valeur efficace du courant harmonique de rang h, ih h (%) (A) (A) = I Il 100 THD (%) : taux de distorsion harmonique Lexique Cahier Technique Schneider Electric n° 212 / p.3 Un conducteur actif et singulier : le neutre Un paradoxe : le conducteur neutre est un conducteur actif dans lequel il ne devrait circuler aucun courant, et pourtant… Il existe un regain d’intérêt pour le conducteur neutre, lié à la prolifération des charges électroniques, à la circulation de courants harmoniques et au risque de surcharge. Dans ce contexte, l’objectif de ce document est de faire le point sur les habitudes et recommandations d’installation : coupure, protection et dimensionnement du conducteur neutre. Sommaire 1 Un conducteur actif dans la 1.1 Schéma général de Distribution Electrique p. 4 distribution électrique 1.2 Neutre, mais pas innocent p. 4 1.3 Rappels sur les Schémas des Liaisons à la Terre (dits « régimes de neutre ») p. 4 1.4 Court-circuit phase – neutre p. 7 2 Règles traditionnelles de dimensionnement 2.1 Section du conducteur neutre p. 8 et de protection du neutre 2.2 Coupure du conducteur neutre p. 10 2.3 Protection du conducteur neutre p. 11 2.4 Appareillage adapté à la coupure et à la protection du conducteur neutre p. 12 3 Et vinrent les harmoniques… 3.1 Charges non linéaires monophasées p. 13 3.2 Charges monophasées dans un système triphasé p. 14 3.3 Courant dans le conducteur neutre dans un système triphasé p. 15 3.4 Taux de charge du conducteur neutre p. 18 3.5 Effet des courants harmoniques sur les canalisations électriques p. 19 3.6 Estimation du taux d’harmonique 3 p. 19 3.7 Dimensionnement des constituants d’une installation p. 20 3.8 Harmoniques et Schémas des Liaisons à la Terre p. 21 3.9 Comment gérer les harmoniques impactant le neutre p. 22 4 Synthèse p. 24 5 Conclusion p. 25 Annexe 1 : Rappels p. 26 Annexe 2 : Cas particulier des installations BT alimentées par plusieurs sources p. 27 Annexe 3 : Bibliographie p. 29 Cahier Technique Schneider Electric n° 212 / p.4 1 Un conducteur actif dans la distribution électrique 1.1 Schéma général de distribution électrique Le schéma le plus courant de la distribution électrique en Basse Tension est de type triphasé, avec neutre distribué. Cette disposition permet à la fois l’alimentation de charges triphasées non raccordées au neutre (moteurs, par exemple) et de charges monophasées courantes. Les niveaux de tension les plus utilisés en Europe sont de 400 V entre phases, et 230 V entre phases et neutre (cf. fig. 1 ). Le secondaire du transformateur d’alimentation est donc généralement couplé en étoile, voire en zigzag. Le conducteur neutre est réglementairement de couleur bleu clair, quand il n’est pas également utilisé comme conducteur de protection (PEN, couleur vert/jaune). 1.2 Neutre, mais pas innocent 1 400 V 400 V 230 V 230 V 230 V 400 V 2 3 N Fig. 1 : les tensions d’alimentation en BT. Le conducteur neutre présente des particularités par rapport aux autres conducteurs de la distribution électrique. c Il a un rôle spécifique dans la définition des Systèmes des Liaisons à la Terre v il est en général possible et recommandé de le raccorder à la terre, v il peut être utilisé comme conducteur de protection. c Le conducteur neutre est un conducteur actif v il assure l’alimentation des charges monophasées, v il assure la circulation des courants de déséquilibre, v il assure la circulation des courants harmoniques de rang 3 des charges non linéaires, v il est parcouru par des courants de défaut (défauts d’isolement, surcharge, court-circuit). Lorsqu’il est utilisé comme conducteur de protection, il est parcouru par des courants de fuite capacitive. Un certain nombre de précautions en découlent, dans la conception d’une installation électrique : c le dimensionnement et la protection du conducteur neutre doivent suivre des règles précises ; c la continuité du conducteur neutre est impérative lorsqu’il est utilisé comme conducteur de protection ; c la coupure du conducteur neutre est indispensable si son potentiel par rapport à la terre s’élève et atteint un niveau dangereux. 1.3 Rappels sur les schémas des liaisons à la terre (dits « régimes de neutre ») Ces rappels ont pour objectif de bien préciser le rôle spécifique tenu par le conducteur neutre dans la définition des Systèmes des Liaisons à la Terre -SLT-. Le choix d’un schéma de liaisons à la terre répond à 2 objectifs : c la protection des personnes et des biens, c la continuité de service. Contre le risque de chocs électriques, les normes d’installations ont défini les principes fondamentaux de la protection des personnes qui sont : c la mise à la Terre des masses des équipements et récepteurs électriques, c l’équipotentialité des masses simultanément accessibles qui tend à éliminer les tensions de contact, c la coupure automatique de l’alimentation électrique en cas de tensions ou de courants dangereux provoqués par la circulation du courant de défaut d’isolement. Cahier Technique Schneider Electric n° 212 / p.5 Il existe, pour les réseaux BT, 3 types de SLT. Ils diffèrent par la mise à la terre ou non du point neutre de la source de tension et par le mode de raccordement des masses (cf. fig. 2 ). Le choix du régime de neutre dépend des caractéristiques de l’installation et des conditions et impératifs d’exploitation. Schéma TT Dans ce type de schéma (cf. fig. 2a), dit de « neutre à la terre » : c le neutre de la source est relié à une prise de terre distincte de celle des masses, PE 1 2 3 N RB 1 2 3 N PE RB RA 1 2 3 PEN RB 1 2 3 N PE RB Neutre à la terre (TT) Mise au neutre (TN-C) Contrôleur permanent d'isolement Mise au neutre (TN-S) Neutre isolé (IT) a - b - c - d - c toutes les masses protégées par un même dispositif de coupure doivent être reliées au même système de mise à la terre. C’est le cas typique de la distribution publique en France. La figure 3 indique le circuit parcouru par le courant en cas de défaut : la tension de contact sur la masse de l’appareil en défaut atteint une valeur dangereuse. Le schéma TT impose donc la coupure au premier défaut d’isolement. Le dispositif de coupure mis en œuvre est un Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR). N DDR RB RA Ud Rd Id Fig. 2 : les trois principaux schémas des liaisons à la terre ou SLT sont les schémas TT, TN et IT, définis par la CEI 60364-3. Le TN peut être soit TN-C (neutre et PE confondus) soit TN-S (neutre et PE distincts). Fig. 3 : défaut d’isolement avec schéma TT Avec un réseau 400 V uploads/Finance/ cahier-technique-conducteur-actif-neutre.pdf