Etude du régime TN

 Le neutre est relié à la terre et les masses sont reliées au neutre. Il existe deux mises en œuvre possibles du régime TN Dans le cas général, le conducteur de neutre N et le conducteur de protection PE sont confondus en un seul conducteur appelé PEN. Ce type de schéma à quatre fils est appelé TNC. Dans certains cas les deux conducteurs sont séparés. Le schéma obtenu est à cinq fils et est appelé TNS.

1.            Présence d’un défaut en régime TNC

En présence d’un défaut d’isolement, le courant I_d n’est limité que par l’impédance Z_b de la boucle de défaut (impédance des câbles et de la source). Celle-ci étant faible, en simplifiant, on peut assimiler ce défaut à un court-circuit.Le courant qui en résulte est très grand, et la tension de contact U_c devient une tension très dangereuse.

2.            Moyens de protection

En régime TN, un défaut d’isolement se traduit par une surintensité qui est éliminée par les protections classiques (disjoncteurs ou fusibles) avec chaque fois un temps de coupure au maximum égal à la valeur spécifiée par la norme NF C 15-100 donnée au tableau suivant.

Tensions nominalesV/U (en V)	Temps de coupure pour UL = 25 V	Temps de coupure pour UL = 50 V
127 / 220	0,35 s	0,8 s
230 / 400	0,20 s	0,4 s
400 / 690	0,05 s	0,2 s
580 / 1000	0,02 s	0,1 s

 

Pour le choix des moyens de protections, deux valeurs sont à prendre en compte :

-          L’intensité de défaut I_d ;

-          Le temps de coupure de la protection.

L’intensité de défaut peut être calculée en appliquant :

En effet, lors d’un court-circuit, il est admis que les impédances en amont du départ considéré provoquent une chute de tension de 20% sur la tension simple V, d’où le coefficient 0,8. R_Ph, R_PE et R_dsont respectivement les résistances de la phase de PE et du défaut.

Pour qu’il y ait protection, il suffit que le courant de défaut I_d soit supérieur au courant :

-          de déclenchement instantané dans le cas d’un disjoncteur ;

-          de fusion dans le cas d’un fusible.

3.            Coupure par disjoncteur

a.      Fonctions du disjoncteur magnétothermique

Le disjoncteur magnétothermique remplit les fonctions suivantes :

-          Isolement du circuit aval ;

-          Protection du circuit par disjonction par :

o   Déclenchement magnétique contre les fortes surintensités (courts-circuits) ;

o   Déclenchement thermique contre les surintensités longues (surcharges)

b.      Courbes de déclenchement

La courbe de déclenchement exprime en coordonnées logarithmiques, le temps de coupure t en fonction de l’intensité I du courant.

Cette courbe présente deux parties :

-          Pour I_n< I < I_m (domaine des surcharges) : déclenchement thermique ;

-          Pour I ≥ I_m (domaine des courts-circuits) : déclenchement magnétique. Cette partie commence avec une droite verticale qui descend jusqu’à environ 20 ms puis une droite faiblement décroissante.

En fait, il existe toujours une incertitude sur l’intensité du courant déclencheur et le temps de coupure. On définit donc deux courbes de déclenchement presque parallèles, qui délimitent respectivement la zone de déclenchement certain et la zone de non déclenchement certain. Entre ces deux courbes, le déclenchement est seulement probable. Les seuils de déclenchement magnétiques des deux courbes sont notés I_m1 et I_m2.

On définit alors différents types de courbes données au tableau suivant :

Type de courbe	Im1	Im2
Z	2,4 In	3,6 In
B	3 In	5 In
C	7 In	10 In
D ou K	10 In	14 In

Le choix du type de courbes dépend de l’intensité du courant d’appel à la mise sous tension des récepteurs, ou de la sélectivité recherchée entre différents niveaux de l’installation.

Remarque : en régime TN, la protection par relais magnétique est obtenue pour I_d> I_m.

4.            Coupure par fusible

La protection est assurée pour I_d> I_a ; I_a étant le courant assurant la fusion du fusible dans le temps spécifié par la norme.

Exemple : Si la tension entre la phase et la terre vaut 230 V, il faut impérativement que le temps de coupure du fusible soit inférieur ou égal à 0,4 s (voir 4.2 pour U_L=50 V).

La courbe ci-dessous permet de déduire Ia et ainsi déterminer la valeur de l’impédance de boucle à ne pas dépasser pour que la protection soit efficace.

5.            Longueur maximale des câbles en régime TN

La valeur de l’impédance de la boucle de défaut dépend essentiellement de la longueur et de la section des câbles utilisés. La longueur maximale d’un circuit en schéma TN est calculée avec la formule suivante :

L_max : longueur maximale (en m) ;

V : tension simple (exemple :230V pour un réseau 230/400V) ;

ρ : résistivité (exemple pour le cuivre : ρ = 17Ω.mm²/m  à T=300K) ;

I_a : courant de fonctionnement du déclencheur thermique du disjoncteur ou de fusion du fusible dans le temps spécifié ;

m = S_Ph / S_PE avec S_Ph la section des phases en mm² et S_PE la section du conducteur de protection PE en mm².

6.            Cas où l’impédance de la boucle est élevée

Pour les départs longs, l’impédance des câbles est élevée. Dans ce cas, l’intensité du courant de défaut n’est plus assez élevée pour déclencher le disjoncteur. On peut alors envisager d’autres solutions :

-          Augmenter la section du conducteur PE ;

-          Utiliser un disjoncteur d’un autre type ( par exemple : de type B au lieu du type C) ;

-          Installer un DDR …

7.            Mise en œuvre du schéma TN (schémas TNC et TNS)

Il est important que le conducteur de protection ne soit pas coupé car il remettrait en cause le système de protection contre les contacts indirects ainsi que le fonctionnement de certains récepteurs.

Pour cela, la norme prévoit deux schémas possibles :

-          TNC. : ce schéma à 4 fils permet d’économiser un fil. Il est interdit dans les cas suivants :

o   Section des fils inférieure à 10 mm² ;

o   Canalisations mobiles ;

o   En aval de TNS.

-          TNS. : ce schéma à 5 fils est obligatoire dans les cas suivants :

o   Section des fils inférieure à 10 mm² ;

o   Canalisations mobiles

Remarque : Les schémas TNC. et TNS. peuvent être utilisés dans une même installation. Cependant, on ne doit jamais utiliser le schéma TNC. (4 fils) en aval du schéma TNS. (5 fils)