Régimes du neutre Page 1 sur 9 10/1/00 PROTECTION DES PERSONNES ET DES BIENS 1.

Régimes du neutre Page 1 sur 9 10/1/00 PROTECTION DES PERSONNES ET DES BIENS 1. Présentation Comme nous le verrons ci-dessous, un réseau de distribution d'énergie électrique possède un conducteur particulier, le neutre. Le neutre est assimilé au conducteur de retour du courant vers le générateur, cette vision est calquée sur le circuit électrique en continu. Un régime du neutre est la façon de traiter ce conducteur afin de répondre au mieux à des exigences souvent contradictoires. Ce texte est une présentation simplifiée des différents régimes du neutre, il n'a pas la prétention d'être complet. 2. Les contraintes Nous serons amenés à distinguer les exigences d'un régime du neutre, • En milieu domestique • En milieu industriel Mais dans les deux cas on se penche sur les problèmes • De sécurité des personnes afin d'éviter les électrocutions et les blessures • De sécurité du matériel, sa dégradation, sa destruction, éviter l'incendie ou l'explosion dans les locaux à risques. 3. Les exigences 3.1. En milieu domestique L'unique préoccupation est d'éviter l'électrocution des personnes. Les mesures prises sont radicales à cause de la nécessité • D'éviter toute situation dangereuse • D'avoir un prix de revient le plus faible possible. La simplicité d'un réseau domestique permet de négliger un certain nombre de phénomènes parasites. 3.2. En milieu industriel Là encore, la sécurité des personnes et du matériel sont des préoccupations importantes. Il s'y ajoute la nécessité de la continuité de service et des problèmes spécifiques comme les risques d'incendie ou d'explosion. 4. Les dangers de l'électricité 4.1. Les dangers pour les personnes L'électrocution qui est un contact mortel avec l'électricité Les brûlures provoquées par l'arc électrique ou par des projections de métal en fusion. Les troubles oculaires produits par la lumière intense dégagée par l'arc électrique. Pour rester simple dans le cadre de ce texte nous dirons que le danger représenté par le passage d'un courant dans le corps dépend de son intensité et de sa durée. Pour fixer les idées, retenir qu'un courant de 30 mA commence à être dangereux. Les mesures de protection qui seront prises tiendront compte de ces valeurs. 4.2. Les dangers pour le matériel La destruction par échauffement des isolants Les risques d'explosion et d'incendie consécutifs à un accident. L'interruption de service par déclenchement des sécurités. 4.3. Les courbes de sécurité Nous avons dit, au §4.1 que le danger du courant électrique dépend de l'intensité du courant passant dans le corps et de sa durée. Or il est plus facile de définir une tension et une durée dangereuses. Ce qui sous-entend que l'on a défini une résistance du corps humain (Rh). En effet, on peut calculer la tension dangereuse par Uc = Rh . Id Régimes du neutre Page 2 sur 9 10/1/00 Les résultats sont résumés sur un graphique : la courbe de sécurité. Les pointillés indiquent le seuil de danger. Prenons l'exemple de la tension Uc1, elle est dangereuse si elle dure plus de t1. Il faut donc que le dispositif de sécurité1 ouvre le circuit en un temps inférieur à t1. Cette courbe sert à s'assurer que la protection est bien choisie. Attention : cette courbe est simplifiée. 5. Les limites de la protection des personnes Les techniques mises en œuvre ne peuvent rien pour éviter le danger d'un contact direct entre les deux conducteurs d'alimentation (voir le schéma de gauche ci-dessous). Nous allons décrire les moyens employés pour limiter le danger d'un contact entre conducteur sous tension et la terre. 6. Les formes d'électrisation Nous resterons dans le cadre domestique. 6.1. Les contacts directs Terre (Sol conducteur) Prise Prise 6.2. Les contacts indirects Le moteur présente un défaut d'isolement. Le coffret métallique est en contact avec le conducteur sous tension. Le coffret est dangereux pour l'utilisateur. La machine à laver est un exemple typique. 1 Fusible ou disjoncteur t (s) Uc (V) t1 Uc1 Terre Coffert métallique Défaut Moteur Régimes du neutre Page 3 sur 9 10/1/00 7. Les caractéristiques du neutre 7.1. La distribution industrielle de l'électricité : le triphasé La centrale électrique produit l'électricité sous forme triphasée. L'alternateur est constitué de trois enroulements qui forment l'équivalent de trois générateurs de tensions alternatives. Comme on peut le voir sur la figure ci-dessous, les trois tensions sont décalées dans le temps. C'est ce qui donne au point N la caractéristique fondamentale suivante : la tension VNT est nulle. Malheureusement, cette propriété n'est vraie que dans certaines conditions difficilement réalisables pratiquement. Les trois tensions sont décalées dans le temps. 8. Éviter l'électrocution Comme nous l'avons déjà dit, il n'existe aucune parade contre un contact entre les deux conducteurs de ligne. Nous pouvons éviter le danger d'un contact direct ou indirect entre un conducteur et la terre. L'appareillage doit être capable de reconnaître une situation dangereuse et de réaliser l'action prévue. Cette action dépend du milieu dans lequel il se trouve. 8.1. Dans le milieu domestique Les situations dangereuses auxquelles on peut remédier sont les suivantes : • Un défaut d'isolement met une enveloppe métallique sous tension, il y a risque de contact indirect. • Un contact direct se produit entre un conducteur et la terre • Il y a un court-circuit. L'appareillage doit couper immédiatement l'alimentation. 8.2. Dans le milieu industriel Cette fois il existe des contraintes supplémentaires : • La continuité de service • Éviter l'incendie ou l'explosion La continuité de service est une nécessité pour l'industriel et permet de poursuivre le travail bien qu'il y ait un défaut d'isolement. Un traitement particulier du conducteur de neutre nous garantit que le premier défaut est sans danger. Par contre le second est dangereux. Il faut donc que l'appareillage surveille l'apparition du premier défaut d'isolement et qu'il avertisse de son apparition. Pour éviter les incendies et les explosions, l'appareillage ne doit produire ni chaleur ni étincelles. Les contraintes et les actions décrites ci-dessus sont également traitées. 9. Le milieu domestique Le générateur que nous utilisons représente le secteur c'est-à-dire le système de distribution de l'énergie électrique. Nous n'en voyons qu'une extrémité : la prise de courant. V N Terre V NT = 0 V 220V 380 V Neutre V1 V2 V3 t Régimes du neutre Page 4 sur 9 10/1/00 9.1. Traiter le court-circuit Le courant intense provoqué par le court-circuit fait fondre le fusible. Les fusibles actuels confinent l'arc afin d'éviter les projections, les incendies et, dans une certaine mesure, les explosions. Actuellement, les fusibles sont remplacés par des disjoncteurs à maximum d'intensité. 9.2. Traiter le défaut d'isolement Pour des raisons de simplicité, le défaut d'isolement doit se traduire par un court-circuit et faire fondre le fusible. Le principe est de maintenir les masses métalliques à une tension très faible par rapport à la terre. Cette méthode met à profit le caractère conducteur de la terre. Pour bien comprendre le schéma il faut se rappeler que le générateur est très éloigné de la machine à laver. On remarque qu'une extrémité du générateur est reliée à la terre, c'est le neutre. Nous verrons que la prise de terre doit être réalisée avec beaucoup de soins. Ce procédé est rudimentaire, il a été amélioré par l'emploi du disjoncteur différentiel comme nous allons le voir dans le chapitre suivant. 9.3. Traiter le contact entre un conducteur et la terre ou le contact indirect L'analyse de l'accident montre que le courant dangereux, i, circule dans un conducteur de ligne mais pas dans l'autre. Le dispositif de sécurité doit vérifier l'absence de courant i. On appelle le courant i, courant résiduel. L'expression "disjoncteur différentiel" est l'appellation courante pour "dispositif différentiel à courant résiduel" (DDR). 10. Le disjoncteur différentiel Nous allons détailler les fonctions du disjoncteur différentiel. On pourrait comparer le disjoncteur à un interrupteur à ouverture automatique. L'ouverture se produit dans un certain nombre de conditions 10.1. Interrupteur à maximum d'intensité L'interrupteur s'ouvre si le courant qui le traverse, dépasse une valeur de réglage. C'est l'équivalent du fusible avec la possibilité de réarmer. 10.2. Vérifier l'absence de danger : le déclencheur Générateur Récepteur Court-circuit Fusible Terre Fusible Défaut Liaisons de terre Fil Vert/Jaune Générateur Machine à laver R i iR iR + i Terre Régimes du neutre Page 5 sur 9 10/1/00 Le détecteur utilise le principe du transformateur. Les deux conducteurs de ligne traversent un anneau ferromagnétique. Lorsque tout est normal, les champs magnétiques produits par les deux conducteurs s'annulent car les courants sont égaux. En cas de présence de courant dangereux, l'équilibre est rompu et l'enroulement de mesure s'en rend compte. Il provoque l'ouverture instantanée du disjoncteur. Le détecteur est sensible au courant résiduel. Le disjoncteur est donc constitué de deux entités : l'interrupteur et le déclencheur 11. La prise de terre Le succès de toutes ces méthodes de protection, dépend de la qualité de la prise de terre. La qualité de la prise de terre est quantifiée par sa résistance. Dans le domaine domestique, la terre est réalisée par un pieu métallique enfoncé dans la terre. La résistance de terre est mesurée par un appareil spécial qui fait intervenir plusieurs pieux enfoncés à distances données. Le dessin uploads/Geographie/ protection-des-personnes-et-des-biens.pdf

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