Cahier Technique - Conducteur Actif - Neutre

8/18/2019 Cahier Technique - Conducteur Actif - Neutre

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Cahier technique n° 212

Un conducteur actif et singulier :le neutre

J. Schonek

CollectionTechnique

Building a New Electric World *


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Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titresédités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent uneinformation plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogueset notices techniques.

Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvellestechniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permet-tent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans lesinstallations, les systèmes et les équipements.Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans lesdomaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et desautomatismes industriels.

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n° 212

Un conducteur actif etsingulier : 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 vitessede la marque Telemecanique.Il a été ensuite gérant de l’activité Filtrage d’Harmoniques.Il est actuellement en charge des études Applications et RéseauxElectrotechniques au sein de la Direction « Power Protection &Control » de Schneider Electric.


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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, ihh (%)

(A)

(A) =

I

Il100

THD (%) : taux de distorsion harmonique

Lexique


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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. 4distribution 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 protectiondu 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 triphas

ép. 15

3.4 Taux de charge du conducteur neutre p. 18

3.5 Effet des courants harmoniques surles 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


6/32Cahier 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 distributionélectrique en Basse Tension est de typetriphasé, avec neutre distribué. Cette dispositionpermet à la fois l’alimentation de chargestriphasées non raccordées au neutre (moteurs,par exemple) et de charges monophaséescourantes.Les niveaux de tension les plus utilisés enEurope sont de 400 V entre phases, et 230 Ventre phases et neutre (cf. fig. 1 ).Le secondaire du transformateur d’alimentation

est donc généralement couplé en étoile, voire enzigzag.Le conducteur neutre est réglementairement decouleur bleu clair, quand il n’est pas égalementutilisé comme conducteur de protection (PEN,couleur vert/jaune).

1.2 Neutre, mais pas innocent

1

400 V

400 V 230 V230 V

230 V

400 V 2

3

N

Fig. 1 : les tensions d ’ alimentation en BT.

Le conducteur neutre présente des particularitéspar rapport aux autres conducteurs de ladistribution électrique.

c Il a un rôle spécifique dans la définition desSystèmes des Liaisons à la Terre

v il est en général possible et recommandé de leraccorder à la terre,

v il peut être utilisé comme conducteur deprotection.

c Le conducteur neutre est un conducteur actif

v il assure l’alimentation des chargesmonophasées,

v il assure la circulation des courants dedéséquilibre,

v il assure la circulation des courants harmoniquesde 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 defuite capacitive.

Un certain nombre de précautions en découlent,dans la conception d’une installation électrique :

c le dimensionnement et la protection duconducteur neutre doivent suivre des règlesprécises ;

c la continuité du conducteur neutre estimpérative lorsqu’il est utilisé comme conducteurde protection ;

c la coupure du conducteur neutre estindispensable si son potentiel par rapport à laterre 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 lerôle spécifique tenu par le conducteur neutredans la définition des Systèmes des Liaisons àla Terre -SLT-.

Le choix d’un schéma de liaisons à la terrerépond à 2 objectifs :

c la protection des personnes et des biens,

c la continuité de service.

Contre le risque de chocs électriques, lesnormes d’installations ont défini les principes

fondamentaux de la protection des personnesqui sont :

c la mise à la Terre des masses des équipementset récepteurs électriques,

c l’équipotentialité des masses simultanémentaccessibles qui tend à éliminer les tensions decontact,

c la coupure automatique de l’alimentationélectrique en cas de tensions ou de courantsdangereux provoqués par la circulation ducourant de défaut d’isolement.


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Il existe, pour les réseaux BT, 3 types de SLT.Ils diffèrent par la mise à la terre ou non du pointneutre de la source de tension et par le mode deraccordement des masses (cf. fig. 2 ). Le choixdu régime de neutre dépend des caractéristiquesde l’installation et des conditions et impératifsd’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 deterre distincte de celle des masses,

PE

123N

RB

12

3NPE

RB RA

123PEN

RB

12

3NPE

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 mêmedispositif de coupure doivent être reliées aumême système de mise à la terre.C’est le cas typique de la distribution publique enFrance.

La figure 3 indique le circuit parcouru par lecourant en cas de défaut : la tension de contactsur la masse de l’appareil en défaut atteint unevaleur dangereuse.

Le schéma TT impose donc la coupure aupremier défaut d’isolement. Le dispositif decoupure mis en œuvre est un DispositifDifférentiel à courant Résiduel (DDR).

N

DDR

RB RA

UdRd

Id

Fig. 2 : les trois principaux sch é mas des liaisons à la terre ou SLT sont les sch é mas TT, TN et IT, d é finis par la

CEI 60364-3. Le TN peut ê tre soit TN-C (neutre et PE confondus) soit TN-S (neutre et PE distincts).

Fig. 3 : d é faut d ’ isolement avec sch é ma TT Avec un

r é seau 400 V / 230 V, R A et R B de 10 Ω , la tension de

contact Ud est de 115 V !

Schéma TN

Le principe de ce schéma dit de « mise auneutre » est de transformer tout défautd’isolement en court-circuit monophaséphase – neutre.

Dans ce type de schéma :

c le point neutre BT de chaque source est reliédirectement à la terre,

c toutes les masses de l’installation sont reliéesà la terre et donc au neutre :

v par un seul conducteur (PEN) de protection etde neutre avec le SLT TN-C (conducteurCommun de protection et de neutre), (cf fig. 2b) ;

v par les conducteurs de protection (PE) et deneutre (N) distincts avec le SLT TN-S(conducteurs Séparés), (cf fig. 2c).



Le courant de défaut est équivalent à un court-circuit Phase/Neutre. Il génère une tension decontact dangereuse (cf. fig. 4 ). Le déclenchementdu disjoncteur par une protection « court retard »ou un déclencheur magnétique est doncobligatoire (DPCC : Dispositif de Protectioncontre les Courts-Circuits).

Le schéma TN permet d’utiliser les protectionsde surintensité habituelles pour protéger contreles défauts d’isolement par déclenchement aupremier défaut.

L’emploi de DDR permet de s’affranchir desvérifications sur la valeur du courant en cas dedéfaut, mais il est totalement inadapté et exclusen schéma TN-C.

Le schéma TN-C n’est pas recommandé pourl’alimentation des dispositifs électroniques enraison de la possible circulation de courantsharmoniques dans le neutre, sujet abordé dans

les chapitres suivants.Schéma IT

Dans ce type de schéma dit « à neutre isolé »,le neutre du transformateur est :

c soit isolé de la terre (neutre isolé),

c soit relié à la terre par une impédance élevée(neutre impédant).

Toutes les masses de l’installation sont reliées àla terre (cf. fig. 2d).

En schéma IT, le premier défaut d’isolementn’impose pas le déclenchement, mais ce défautdoit être détecté au moyen d’un Contrôleur

Permanent d’Isolement (CPI), et éliminé. Sinonun deuxième défaut survenant sur un autreconducteur actif provoque un court-circuit entreles conducteurs actifs concernés (cf. fig. 5 ).Le déclenchement est alors nécessaire pouréliminer la tension de contact dangereuse. Cedéclenchement est normalement obtenu par lesprotections de surintensité et parfois, selon la

configuration du réseau, par des DDR protégeantdes groupes de masses interconnectées.

Avec le respect de cette obligation de rechercheret d’éliminer le premier défaut, le schéma ITprocure la meilleure continuité d’alimentation.

La distribution du neutre est déconseillée en IT.En effet, en cas de premier défaut (maintenu) latension phase – terre sur les phases saines estégale à la tension composée. Les appareilsmonophasés raccordés à ces phases sont alorssoumis à des tensions d’isolement phase – masse supérieures à la normale, ce qui peutconduire à leur détérioration. (Exemple :alimentation de matériel informatique).

La non distribution du neutre interdit leraccordement d’appareils monophasés entrephase et neutre et évite donc ce risque. Dans lecas contraire, les appareils devront être spécifiéspour une tension d’isolement égale à la tensionentre phases.

N

PE

RB

UdRd

Id

DPCC

Fig. 4 : d é faut d ’ isolement en cas de sch é ma TN-S.

N

Id

Id

RB

Contrôleur

permanent

d'isolement

(CPI)

Limiteur

de

surtension

32

1N

PE

DPCC

Ud1Rd1

DPCC

Rd2Ud2

Id

Id

Fig. 5 : courant de d é faut en cas de double d é faut avec le SLT IT et tensions dangereuses U d1 et U d2 .


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1.4 Court-circuit phase – neutre

Le calcul du courant de court-circuit entre phaseet neutre diffère légèrement du calcul du courantde court-circuit triphasé. La figure 6 représente

schématiquement les 3 possibilités de court-circuit dans une installation avec :

V : tension simple (phase – neutre) en sortie detransformateur,

U : tension composée (entre phases) en sortiede transformateur,

ZT : impédance d’un enroulement dutransformateur,

ZL : impédance d’un conducteur de phase,

ZN : impédance du conducteur de neutre,

Icc_tri : courant de court-circuit triphasé,

Icc_ph : courant de court-circuit entre phases,

Icc_ph-N : courant de court-circuit phase – neutre.

En général l’impédance de raccordement duneutre du transformateur est négligeable, d’oùles équations :

I

I I

I

.

.

.

cc_triT L

cc_phT L T L

cc_tri

cc_ph-NT L N

V

(Z Z )

U

2 (Z Z )

V 3

2 (Z Z )

V

(Z Z Z )

=+

=+

=+

=

=+ +

3

2

Si les conducteurs de phases et de neutre sontidentiques, ZN = ZL , et donc :

Icc_ph-NT L

V

(Z .Z )=

+ 2Pour de grandes longueurs de câbles, enparticulier en distribution terminale, l’impédancedu transformateur est négligeable devantl’impédance des conducteurs, et alors :

I

I

I

.

.

cc_triL

cc_phL

cc_ph-NL

V

Z

V

Z

V

Z

≈

≈

≈

3

2

2

D’où l’inégalité :

Icc_tri > Icc_ph > Icc_ph-N

1ZL

Triphasé

Phase-neutre

Phase-neutre

ZTZT

ZT

ZL

ZL

ZN

2

3

N

Fig. 6 : les possibilit é s de court-circuit sur un r é seau

triphas é .



2 Règles traditionnelles de dimensionnementet de protection du neutre

Les règles et indications exposées dans cechapitre ont pour principales sources les normes

de conception et de réalisation des installationsBT : CEI 60364 et NF C 15-100.

2.1 Section du conducteur neutre

En régime sinusoïdal, le courant dans leconducteur neutre dépend du déséquilibreentre les charges monophasées raccordéesentre phases et neutre.

Charges équilibrées : le courant dans leconducteur neutre est nul (cf. fig. 7 ).

Charges déséquilibrées : le courant dans leconducteur neutre n’est pas nul comme illustrésur la figure 8 page ci-contre.

Dans le cas de charges déséquilibrées de mêmenature, le courant dans le neutre est inférieur ouégal au courant phase le plus élevé (cf. fig. 9page ci-contre).

Dans le cas de charges déséquilibrées de naturedifférente sur chacune des phases (résistive,inductive, capacitive) il peut arriver que lecourant neutre soit supérieur au courant danschacune des phases. Ce cas de figure n ’est

toutefois pas très courant dans la pratique.

De plus, la présence d’harmoniques (objet duchapitre suivant) dans le conducteur neutre estaussi un facteur important pour la déterminationde sa section.

La section du conducteur neutre, déterminée enfonction du courant véhiculé, peut être :

c inférieure à la section des conducteurs dephases… si les conditions suivantes sontremplies simultanément :

v la section des conducteurs de phases doit êtresupérieure à 16 mm2 Cuivre ou 25 mm2 Aluminium,

v la section du conducteur neutre doit être aumoins égale à 16 mm2 Cuivre ou 25 mm2

Aluminium,

v les charges alimentées en service normal sontsupposées équilibrées, avec un tauxd’harmonique de rang 3 inférieur à 15 %,

v le conducteur neutre doit être protégé contre

les surintensités.

t

i1

i2

i3

iN

i

0

0 t

iN

Fig. 7 : courants phases et courant neutre avec des charges lin é aires é quilibr é es.


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Une pratique courante consiste à avoir unconducteur neutre de section « moitié » de lasection des conducteurs de phases.

c égale à la section des conducteurs de phases.C’est le cas général, en particulier dans les

circuits monophasés à 2 conducteurs, oulorsque la section des conducteurs de phasesest inférieure à 16 mm2 Cuivre ou 25 mm2

Aluminium. C’est également vrai dans le cas

t

i

0

0 t

iN

i1

i2

i3

Fig. 8 : courants phases et courant neutre avec des charges lin é aires d é s é quilibr é es.

IN = 17,32 A

Dans un réseau triphasé il circule un courant dedéséquilibre dû à l’impossibilité d’un équilibragepermanent parfait des charges monophasées.

Ce courant est égal à :

Il peut être très variable comme le montrel’exemple ci-dessous :

IN

→= I1

→+ I2

→+ I3

→

Voire même supérieur au courant de phase sila phase 2 est coupée :

20 A

10 A

N20 A

15 A

10 A

20 A

1 2 3 N

N

15 A 10 A N

Fig. 9 : importance des courants de d é s é quilibre dans le neutre.

d’alimentation de charges non linéaires et que letaux d’harmonique 3 se situe dans la fourchettede 15 à 33 %.

c supérieure ou égale à la section des conducteursde phases, dans le cas d’alimentation de charges

non linéaires et que le taux d’harmonique 3dépasse 33 %. L’intensité dans le conducteurneutre est alors prépondérante pour ladétermination de la section des conducteurs.



2.2 Coupure du conducteur neutre

Les règles de coupure ou de non-coupure duconducteur neutre ont pour objet de limiter lesrisques d’électrocution consécutifs à une

élévation de son potentiel.

En schéma TN-C

Le conducteur neutre a également le rôle deconducteur de protection (PEN). Le maintien desa continuité est donc impératif en toutescirconstances, et de fait interdit tout dispositif decoupure sur sa liaison.

En schéma TT ou TN-S

Le neutre est relié à la terre à l’origine del’installation. Dans des conditions normales, sonpotentiel se trouve voisin du potentiel de terre.Cependant, pour différentes raisons, le potentiel

du conducteur neutre peut s’éloignersensiblement du potentiel de terre et atteindredes tensions dangereuses par rapport à la terre.

La figure 10 illustre un phénomène possible : lacirculation de courant dans le conducteur neutreprovoque l’élévation du potentiel du neutre auniveau d’une charge, même si celle-ci n’est plusreliée à la phase à la suite d’une manœuvre oud’un déclenchement.De plus, une inversion de câblage entre phaseet neutre au niveau d’une charge étant toujourspossible, la non-coupure de l’une des polaritésrisque en fait de maintenir la tension phaseappliquée à la charge.

La coupure simultanée de la phase et duneutre est donc recommandée.

Par ailleurs, en cas de défaut dans une partie del’installation (coupure accidentelle du conducteurneutre en amont, augmentation desimpédances, défaut MT/BT, coup de foudre surles lignes basse tension...), le potentiel du neutreau niveau des charges utilisatrices peut s ’éleverde façon brutale et dangereuse.

N

I

!

ZL

ZN

Ces risques sont particulièrement présents dansles étages d’un immeuble de grande hauteur, oùil est plus difficile de garantir la qualité des

liaisons à la terre du fait de la longueurexceptionnelle du câblage. Il a dé jà été mesurésur une installation un cas extrême où lepotentiel du neutre par rapport à la terre était de80 V en fonctionnement normal. Ce casprésente un risque d’électrocution.

Afin de ne pas créer de situations dangereuses,il est donc vivement conseillé d’appliquer la règlede coupure du neutre sans dérogation.

En schéma IT

Le conducteur neutre peut se trouver à unpotentiel quelconque, même s’il est généralementvoisin du potentiel de terre. En présence d’un

défaut (par exemple une phase à la terre) lepotentiel du neutre par rapport à la terre peuts’élever jusqu’à la tension simple. Pour lamaintenance d’une partie d’installation réputéehors tension, donc a priori non dangereuse, lepersonnel d’intervention peut cependant être ensituation dangereuse si le conducteur neutren’est pas coupé. Pour ces raisons, il estimpératif de couper le conducteur neutre danstous les cas. Seule la coupure du neutre garantitl’égalité des potentiels entre masse et terreaprès déclenchement.

Recommandations importantes

c Le neutre ne doit jamais être coupé seul : ildoit être coupé après les phases et rétabli avantles phases.

Le non respect de cette règle provoque, enrégime triphasé déséquilibré, des surtensionssur les appareils monophasés : la tension entrephases pouvant être appliquée à un circuitconçu pour être alimenté par la tension simple(phase – neutre). Ce risque est illustré sur lafigure 11 page ci-contre.

Fig. 10 : é l é vation du potentiel du neutre.


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Si la charge connectée entre la phase 3 et leneutre est beaucoup plus importante que lescharges des autres phases (1 et 2), en cas derupture du conducteur neutre le point neutreartificiel N’ se trouve porté à un potentiel voisinde celui de la phase 3. Les charges connectéesentre les phases 1, 2 et N’ se trouvent doncsoumises aux tensions V1N’ et V2N’, voisines deV13 et V23.

Il est donc vivement recommandé de couper oude sectionner le neutre avec des appareillagesomnipolaires afin d’éviter le sectionnement

Z1

1

2

3

N'

N

1 2 3 N

N’

Z2 Z3

Z3



c Section du neutre inférieure à la section desphases

Un dispositif de protection contre les surchargesapproprié à la section du conducteur neutre estobligatoire.

En schéma IT

En cas de double défaut, l’un sur une phase,l’autre sur le neutre, des départs de calibresdifférents peuvent être concernés (reliés par lesdéfauts).

La protection des seules phases n’est pas unesolution sûre : la protection de phase d’uncalibre supérieur sur un départ peut êtreinadaptée à la section du neutre de l’autredépart.

La protection et la coupure du neutre sont doncobligatoires, sauf cas particuliers (exemples :circuits monophasés, protection par DDR…).

2.4 Appareillage adapté à la coupure et à la protection du conducteur neutre

Si les conditions précédentes sont remplies et sile neutre est repéré sans risque d’erreur, il estpossible, voire recommandé pour des raisonséconomiques, de ne pas le protéger. Dans les

autres cas, les risques d’inversion phase/neutre justifient la protection du neutre.

Le cas des coupe-circuits

Sauf cas très particuliers (utilisation decartouches fusibles à percuteurs associés à unappareil de coupure), la fusion d’un fusible placésur un conducteur actif ne permet pasd’interrompre le courant dans les autresconducteurs actifs : la coupure est unipolaire.Pour éviter la coupure du neutre seul, celui-ci nedevra donc jamais être protégé par fusible.

De même, le conducteur neutre ne sera pascoupé automatiquement en cas de fusion d’un

fusible sur l’une des phases.

Le cas des disjoncteurs

L’appareillage bipolaire (Phase/Phase ou Phase/ Neutre) ou tétrapolaire, permet de coupersimultanément les phases et le neutre pourmettre un circuit hors tension.

Les appareils phase/neutre, dont seule la phaseest protégée, sont plus économiques et moinsvolumineux, mais nécessitent un repérage sansfaille du neutre (cf. fig. 13 ).

Le cas des DDR

Les DDR sont considérés comme des appareilsapportant une grande sûreté de fonctionnementd’une installation électrique : ils participent à laprotection contre les contacts directs et indirects,ainsi qu’à la protection incendie.

De plus, une inversion entre phase et neutre auniveau des DDR n’affecte pas leur fonctionnement.

Toutes ces fonctions réunies dans un mêmedispositif font que les DDR sont recommandésdans les nouvelles installations comme lors desextensions.

Le cas des appareils de coupure d’urgence

Pour assurer une mise hors tension rapide d’uncircuit, la coupure omnipolaire (de tous lesconducteurs actifs y compris le neutre) estrecommandée au niveau de l’appareil decoupure ou de l’arrêt d’urgence.

Le cas du contrôle – commande

Pour les appareillages (contacteurs, télérupteurs,interrupteurs, délesteurs, régulateurs...) nondestinés à la protection mais employés pour lacommande ou le contrôle de charges (machines,éclairages), la coupure du neutre n’est pasimposée par la normalisation. Toutefois, lorsquedes contacts auxiliaires des appareils deprotection sont utilisés pour réaliser desfonctions logiques ou de signalisation, il estparfois difficile de prédire le potentiel de chacundes conducteurs en situation de défaut (surtoutdans un schéma triphasé). Dans ce cas, lacoupure du neutre est aussi recommandée.

Fig. 13 : « D é clic » disjoncteur Phase – Neutre avec

identification du p ô le neutre (Marque Merlin Gerin).


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3 Et vinrent les harmoniques…

3.1 Charges non linéaires monophasées

Une part croissante de l’électricité est consomméepar des charges électroniques non linéairesmonophasées (éclairage fluorescent à ballastélectronique, appareils électroniques domestiques,informatique, variateurs de vitesse…).

Ces appareils disposent en général d’unealimentation à découpage, dont le schémad’entrée le plus répandu est du type redresseurmonophasé à diodes avec filtrage capacitif(cf. fig. 14 ).

Charge

Fig. 14 : redresseur monophas é avec filtrage capacitif.

t0

Tension réseauCourant ligne

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

%

Rang

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Le courant absorbé par ces charges estconstitué d’impulsions positives et négatives, ensynchronisme avec les crêtes de la tensionréseau. De ce fait, sa composante harmoniquede rang 3 peut atteindre 85 % du fondamental.

La forme d’onde de courant et son spectreharmonique typique sont représentés sur lesfigures 15 et 16.

Fig. 16 : spectre harmonique du courant phase.

Ici le taux de distorsion (THD) est de 110 %,

le taux d ’ harmonique 3 (i 3 ) est de 85 %.

Fig. 15 : allure du courant.



Le tableau de la figure 17 donne des exemplesd’appareils monophasés générateurs de

3.2 Charges monophasées dans un système triphasé

courants harmoniques, et leurs principalescaractéristiques typiques.

Fig. 17 : les principaux g é n é rateurs d ’ harmoniques de rang 3 dans les installations industrielles et tertiaires.

Type d’appareil P (W) I

L (A) i3 (%)Micro-ordinateur 60 0,5 85

Micro-ordinateur + imprimante active 300 1,45 35

Photocopieur en veille 70 0,32 65

Photocopieur actif 1500 - 2200 7 - 10 15

Tube fluo à ballast magnétique 36 0,2 25

Tube fluo à ballast électronique 36 0,16 10

Ballon fluorescent 250 1,4 10

Lampe fluo compacte 25 0,2 80

Moteur avec variateur de vitesse 500 - 3000 4 - 18 80

P (W) : puissance active consommée

IL (A) : valeur efficace du courant absorbé

i3 (%) : taux de courant harmonique de rang 3

Dans un système simplifié constitué d’unesource triphasée équilibrée et de trois chargesmonophasées identiques, connectées entrephases et neutre (cf. fig. 18 ) considérons deuxcas particuliers :

v celui de trois charges linéaires,

v celui de trois charges non linéaires.

c Dans le cas de charges linéaires, les courantsconstituent un système triphasé équilibré. Lasomme des courants de phases est nulle, ainsidonc que le courant dans le neutre.

c Dans le cas de charges non linéaires, lescourants de phases ne sont pas sinusoïdaux etcontiennent donc des harmoniques, enparticulier de rang multiple de 3.Les courants des trois phases étant égaux, lescourants harmoniques, de rang 3 par exemple,ont la même amplitude et peuvent s’écrire sousla forme :

i sin t

i sin t sin t i

i sin t sin t i

r3

s3 r3

t3 r3

= ( )

= −

= −( ) =

= −

= −( ) =

I

I I

I I

. .

. . .

. . .

3

3 3

3 3

3

3 23

3 2

33

3 44

ω

ω π ω π

ω π ω π

Dans cet exemple, les courants harmoniquesde rang 3 des 3 phases sont donc identiques.Le courant dans le neutre étant égal à la sommedes courants des phases, la composante derang 3 du courant neutre est donc égale à lasomme des composantes de rang 3, soit :

in3 = 3.ir3

N

Charge

Source irisit

iN

Charge Charge

Fig. 18 : charges monophas é es.

D’une manière générale, pour des chargeséquilibrées, les courants harmoniques de rangmultiple de 3 sont en phase et s’additionnentarithmétiquement dans le conducteur neutre,alors que les composantes fondamentales et lesharmoniques de rang non multiple de 3

s’annulent.Les courants harmoniques 3 sont des courantshomopolaires qui circulent en phase dans les 3phases.


17/32


3.3 Courant dans le conducteur neutre dans un système triphasé

La figure 19 réunit plusieurs courbesreprésentant les courants circulant dans lesphases de 3 charges monophasées non

linéaires identiques (comme décrites en 3.1),

et connectées entre phases et neutre.Le courant résultant dans le conducteurneutre, somme des trois courants de phase,

est également représenté.

t

ir

t

is

t

it

t

0

0

0

0

iN

Fig. 19 : courants phases et neutre alimentant 3 charges monophas é es non lin é aires identiques.



Les spectres harmoniques des courants phases etneutre sont représentés sur les figures 20 et 21.

Ces diagrammes montrent que le courant neutrene contient que des composantes de rang impairmultiple de 3 (soit : 3, 9, 15...), dont les

amplitudes sont 3 fois supérieures à celles descourants de phase. Le rang 3 est bien sûrprépondérant et les autres composantes de rangmultiple de 3 (soit : 9, 15…) contribuent très peuà la valeur efficace.

Le courant neutre est donc pratiquement égal à3 fois le courant harmonique 3 de chaque phase,

soit : IN ≈ 3.I3Le courant neutre considéré ici est le résultat dela recombinaison des courants des circuitsmonophasés. Dans les installations électriques,il concerne donc en premier lieu les systèmes derépartition (triphasé vers monophasé) et lesdispositifs dits « têtes de tableau ».

Ce phénomène concerne uniquement les circuitstriphasés, les courants phase et neutre dans lescircuits monophasés étant bien sûr identiques.

Calcul de la valeur efficace maximale ducourant neutre

Supposons, comme sur la figure 19, que les ondesde courant des 3 phases ne se chevauchent pas.Sur une période T du fondamental, le courantd’une phase est constitué d’une onde positive etd’une onde négative, séparées d’un intervalle oùle courant est nul.

La valeur efficace du courant ligne peut être

calculée par l’expression :

I . .lL

T

Ti dt= ∫

1 2

0

La valeur efficace du courant neutre peut êtrecalculée sur un intervalle égal à T/3.Sur cet intervalle, le courant neutre est égalementconstitué d’une onde positive et d’une ondenégative, identiques à celles du courant phase.La valeur efficace du courant neutre peut doncêtre calculée de la manière suivante :

I

I

/ . .

. . .

/

/

N n

T

N n

T

Ti dt

Ti dt

=

=

∫

∫

1

3

31

2

0

3

2

0

3

et comme : i in

T T2

0

32

0

. .

/

ldt dt∫ ∫ =

alors : I I. . . .lN

T

LT

i dt= =∫ 3 1 320

Le courant dans le conducteur neutre a doncici une valeur efficace eeeee fois supérieure àcelle du courant dans une phase.

Lorsque les ondes de courant des 3 phases sechevauchent (cf. fig. 22 et 23 page suivante), lavaleur efficace du courant dans le neutre estinférieure à e fois la valeur efficace du courantdans une phase.

De même, lorsque les charges comportent unepart de circuit linéaire, le courant absorbé neprésente pas de palier nul (cf. fig. 24 ci-contre), etla démonstration fournie ci-dessus ne s’appliquepas. La valeur efficace du courant dans le neutreest alors strictement inférieure à e fois la valeurefficace du courant dans une phase.

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

%

Rang

0

50

100

150

200

250

300

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

0

50

100

150

200

250

300%

Rang

Fig. 20 : spectre du courant phase. Fig. 21 : spectre du courant neutre.


19/32


Le facteur e ne peut donc être obtenu qu’encas d’alimentation exclusive de charges, tellesque décrites en 3.1, identiques sur les 3 phases.La puissance de ces dispositifs étantrelativement faible (en général quelquesdizaines de watts chacun), ceci ne peut donc

t0

is it iri

concerner que des départs de faible intensité. Lecourant neutre peut alors dépasser le courantphase, mais sur des départs peu chargés. Il n’ya donc pas de dépassement de la capacité duconducteur neutre, si sa section est égale à celledes phases.

Fig. 22 : courants dans les 3 phases, avec chevauchement.

t0

iN

Fig. 23 : courant dans le neutre, avec chevauchement.

t0

i

Fig. 24 : courant absorb é par une charge avec circuits lin é aire et non-lin é aire.



3.4 Taux de charge du conducteur neutre

Le courant dans le neutre peut donc dépasser lecourant de chaque phase dans des installationstelles celles possédant un grand nombre de

dispositifs monophasés (équipementsinformatiques, éclairage fluorescent). C’est lecas dans les immeubles de bureaux, centres decalcul, Internet Data Centers, centres d’appelstéléphoniques, banques, salles de marchés,zones d’éclairage en Grande Distribution…

Cette situation n’est pas générale, en raison del’alimentation simultanée de charges linéaires et/ ou triphasées (chauffage, ventilation, éclairageincandescent…) ne générant pas de courantharmonique de rang 3. Une attention particulièredoit cependant être apportée aux sections desconducteurs neutre, pour leur détermination lorsde la conception d’une nouvelle installation, ou

pour leur adaptation lors d’un changement descharges alimentées.

Une approche simplifiée permet d’estimer le tauxde charge du conducteur neutre.Comme indiqué en 3.3, pour des chargeséquilibrées, le courant dans le neutre IN est trèsvoisin de 3.I3 , soit :

IN ≈ 3.I3 qui peut s’écrire : IN ≈ 3.i3 .I1Pour de faibles valeurs de distorsion, la valeurefficace du courant est proche de la valeurefficace du fondamental, donc :

IN ≈ 3.i3.IL d’où : IN / IL ≈ 3.i3 (%)

Cette équation lie tout simplement le taux de

surcharge du neutre (IN /

IL) au taux de courantharmonique de rang 3. Elle permet d’observer,

en particulier, que lorsque ce taux atteint 33 %,le courant dans le conducteur neutre est égal aucourant dans les phases.

Pour des valeurs quelconques de distorsion, dessimulations ont permis d’obtenir une loi moinsapproximative, présentée sur la figure 25 .

Sans information détaillée sur les émissionsd’harmoniques des appareils installés, une autreapproche simplifiée consiste à lier directement le

taux de charge du conducteur neutre aupourcentage de charges électroniques.La courbe de la figure 26 a été établie comptetenu d’un taux de courant harmonique 3 générépar les charges électroniques égal à 85 %.

0 20

15

40 60 80 100

IN / IL

i3 (%)0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,61,8

2,0

33

Fig. 25 : taux de charge du conducteur neutre en

fonction du taux d ’ harmonique 3.

0 20 40 60 80 100

IN / IL

i3 (%)0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,01,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Dans les installations de forte puissance (ordre

de grandeur : P > 100 kVA ou I > 150 A),plusieurs facteurs contribuent à réduire lasurcharge du neutre :

c de plus en plus d’équipements informatiques(stations de travail, serveurs, routeurs, ASI…)utilisent des circuits de compensation du facteurde puissance (Power Factor Correction -PFC-)pour réduire considérablement les harmoniquesde rang 3 générés ;

c les installations de chauffage, ventilation,climatisation des bâtiments de grande taille sontalimentées en triphasé, elles ne contribuent doncpas à la génération d’harmoniques de rang 3 ;

c les dispositifs d’éclairage fluorescent (àballasts magnétiques ou électroniques) génèrentproportionnellement moins d’harmoniques derang 3, et ceux-ci compensent partiellement lesharmoniques générés par les équipementsinformatiques.

Ce foisonnement des charges est d’autant plusimportant que la puissance de l’installation estimportante. Sauf cas exceptionnel, le tauxd’harmonique dans ces installations ne dépassepas 33 % et le courant dans le conducteurneutre ne dépasse pas le courant dans lesphases. Il n’est donc pas nécessaire de sur-dimensionner le conducteur neutre par rapport

aux conducteurs de phases. (cas desconducteurs unipolaires).

Fig. 26 : surcharge du conducteur neutre en fonction

du pourcentage de charges non lin é aires.


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3.5 Effet des courants harmoniques sur les canalisations électriques

La circulation de courants harmoniquesprovoque un échauffement supplémentaire descanalisations électriques, pour plusieurs

raisons :c échauffement du conducteur neutre par lacirculation de courants harmoniques de rang 3,alors que ce conducteur n’est normalementparcouru par aucun courant en régimesinusoïdal équilibré,

c échauffement supplémentaire de tous lesconducteurs par augmentation de l’effet depeau et des pertes par courants de Foucault,résultant de la circulation de tous les rangsd’harmoniques.

Dans le cas des Canalisations ElectriquesPréfabriquées -CEP-, des mesuresd’échauffement ont permis de déterminer lefacteur de déclassement à appliquer.La figure 27 indique les courants maximauxadmissibles dans les conducteurs de phase etde neutre, en fonction du taux d ’harmonique(Imax = k.Inominal).

Par exemple, les courants maximauxadmissibles dans une canalisation de calibre1000 A avec circulation de courantsharmoniques tels que i3 = 50 % est de :

v courant phase maximal : 770 A,

v courant neutre maximal : 980 A.

Le choix du calibre de la canalisation doit biensûr tenir compte de l’intensité possible dans le

conducteur neutre, mais une canalisation dontles conducteurs ont tous la même section estparfaitement adaptée à cette situation.

L’utilisation d’un conducteur neutre de sectiondouble ou en cuivre à la place de l’aluminiumn’apporte pas d’amélioration sensible. En effet,les pertes dans le conducteur neutre, mêmeréduites par ces constructions particulières,

contribuent sensiblement à l’échauffement globalde la canalisation. Un déclassement est donctout de même nécessaire.

0 20 40 60 80 100

k

Iphase

Ineutre

i3 (%)0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Fig. 27 : courants phases et neutre admissibles dans

une CEP.

3.6 Estimation du taux d’harmonique 3

La section du conducteur neutre dépend del’estimation du taux d’harmonique 3 dansl’installation. Dans l’impossibilité d’effectuer desmesures sur site (conception d’une installationneuve, par exemple), deux démarches sontenvisageables : l’une simplifiée, l’autre plus

rigoureuse.

Démarche simplifiée

A partir de la nomenclature et descaractéristiques des charges raccordéesdans l’installation, calculer :

c la somme des courants phases de toutes lescharges, mono et triphasées, soit Iph (A) ;

c la somme des courants harmoniques 3 descharges électroniques monophasées seules,soit I3 (A) ;

c le taux d’harmonique 3 :

iph3

3100(%)=

. I

I

Démarche plus rigoureuse

Pour obtenir une estimation plus précise du tauxd’harmonique 3, une démarche plus rigoureusedoit tenir compte de facteurs supplémentaires :

c facteur de puissance des charges,

c facteur de simultanéité de fonctionnement,

c foisonnement de phase des courantsharmoniques de rang 3,

c spectre réel des charges installées (et non unspectre typique).

La description détaillée d’une telle démarchesort du cadre de ce document.

Exemple (démarche simplifiée)

Dans un bâtiment de bureaux, les chargesalimentées par phase sur chaque départ sontrelevées dans le tableau de la figure 28 pagesuivante. A noter que pour simplifier, le courantharmonique 3 est obtenu en multipliant le tauxd’harmonique 3 par le courant efficace (et non lecourant fondamental, en général inconnu).



Le calcul donne un taux d’harmonique 3 globalégal à :

i3 100 0 30(%) x8,2

27= = ,

Remarque :Un taux d’harmonique 3 élevé (> 33 %) peut serencontrer dans une zone où de nombreuxappareils identiques sont alimentés par la mêmeligne (cas de l’alimentation d’un ensemble de PC).

Type de charge Nombre Courant unitaire Courant Taux Courantefficace absorbé efficace total d’harmonique 3 harmonique 3

total

(A) (A) (%) (A)

Micro-ordinateur 10 0,5 5 85 4,25

Micro-ordinateur 5 1,45 7,3 35 2,55

+ imprimante

Photocopieur 2 0,32 0,64 65 0,42

en veille

Tubes fluo, avec 20 0,2 4 25 1

ballast magnétique

Chauffage 10 10 0 0

Total 27 8,2

Fig. 28 : courants d ’ alimentation des charges pr é sentes dans un immeuble de bureaux.

Dans cette zone, le courant neutre peut alorsdépasser le courant phase.

Par contre, si en amont l’appareillage de tableauet les conducteurs sont dimensionnés pour unepuissance supérieure, le risque de surcharge duneutre à ce niveau est très faible.

Si dans l’exemple qui précède, l’installation estcalibrée à 40 A, le taux d’harmonique 3 ramenéà cette valeur de courant n’est plus que de 20 %.

3.7 Dimensionnement des constituants d’une installation

Le taux d’harmonique 3 a un impact sur le courantdans le neutre et donc sur le dimensionnementde toutes les composantes d’une installation :

c tableaux de distribution,

c appareillage de protection et de répartition,

c câbles et canalisations.

Suivant le taux estimé d’harmonique 3, trois cassont possibles : taux inférieur à 15 %, de 15 à33 %, et taux supérieur à 33 %.

Taux d’harmonique 3 inférieur à 15 %(i3 i 15 %)

Le conducteur neutre est considéré comme nonchargé.

La section des conducteurs de phases estfonction seulement du courant dans les phases.

La section du conducteur neutre peut êtreinférieure à la section des phases si la sectionest supérieure à 16 mm2 en Cuivre ou 25 mm2

en Aluminium.

La protection du neutre n’est pas nécessaire,sauf si la section du neutre est inférieure à celledes phases.

Taux d’harmonique 3 compris entre 15 et33 % (15 < i3 i 33 %), ou en l’absenced’information sur le taux d’harmoniques

Le conducteur neutre est considéré comme

chargé.

Le courant d’emploi des canalisationsmultipolaires doit être réduit d’un facteur 0,84(ou inversement : choisir une canalisation dont lecourant d’emploi est égal au courant calculé,divisé par 0,84).

La section du neutre doit être impérativementégale à la section des phases.

La protection du neutre n’est pas nécessaire.

c Exemple de calcul dans le cas d’une CEP

v Hypothèse de dimensionnement :

Courant phase calculé = 1000 A

Taux d’harmonique 3 (i3) = 20 %

Courant neutre calculé (pour i3 = 20 %) = 600 A

(voir figure 25).Dans ce cas, le calibre de la CEP est déterminéen fonction du courant d’emploi dans les phases(Iph > IN).

Courant d’emploi de la canalisation adaptée =1190 A (= 1000 A / 0,84).

v Choix de la CEP et des protections

Calibre de la canalisation adaptée = 1250 A(1er calibre catalogué > 1190 A).

Calibre du disjoncteur de protection = 1250 A(idem calibre de la canalisation).

Le seuil de déclenchement de surcharge dephases et de neutre est réglé pour le courant

phase calculé soit 1000 A.


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Nota : le facteur 0,84 est donné par la normeNF C 15-100, la CEI 60364-52 préconise unfacteur de 0,86.

Taux d’harmonique 3 supérieur à 33 %(i3 > 33 %)

Ce cas rare correspond à un taux d’harmoniquesparticulièrement élevé, provoquant la circulationd’un courant dans le neutre supérieur au courantdans les phases. Le dimensionnement duconducteur neutre doit donc être réalisé avecprécautions.

Dans le cas général, le courant d’emploi desconducteurs de phases doit être réduit d’unfacteur 0,84 (ou inversement : choisir unecanalisation dont le courant d’emploi est égal aucourant calculé, divisé par 0,84). De plus, lecourant d’emploi du conducteur neutre doit êtreégal à 1,45 fois le courant d’emploi des

conducteurs de phases.Soit 1,45 / 0,84 fois le courant phase calculé,donc environ 1,73 fois le courant phase calculé.

La méthode recommandée consiste à adopterune canalisation multipolaire où la section duneutre est égale à la section des phases. Lecourant du conducteur neutre est alorsprépondérant pour la détermination de la sectiondes conducteurs. La protection du neutre n’estpas nécessaire, mais en cas de doute sur le tauxde charge du conducteur neutre, sa protectionest recommandée.

Cette approche est en particulier adoptée endistribution terminale, où les câbles multipolairesont des sections identiques pour les phases et leneutre.

Avec les CEP, la connaissance précise deséchauffements en fonction des courantsharmoniques permet d’aboutir à une approchemoins conservatrice. Le calibre d’une CEP peutêtre choisi directement en fonction du courantneutre calculé.

c Exemple de calcul dans le cas d’une CEP

v Hypothèse de dimensionnement :

Courant phase calculé = 1000 A

Courant neutre calculé (pour ih3 = 50 %) = 1300 A (voir figure 25).

Le calibre de la CEP est déterminé en fonctiondu courant neutre admissible (Iph 1300 A)

Calibre du disjoncteur de protection = 1600 A(idem calibre de la canalisation)

Le seuil de déclenchement de surcharge desphases est réglé pour le courant phase calculésoit 1000 A.

Le neutre est non protégé (disjoncteur enconfiguration 4P-3D).

Une autre méthode consiste à adopter une

section du conducteur neutre supérieure à celledes phases. Une solution communémentadoptée pour faire évoluer une installationexistante consiste à doubler le conducteurneutre (« neutre à 200 % »). Les appareils deprotection et commande (disjoncteur, interrupteurs,contacteurs…) doivent alors être dimensionnésen fonction du courant dans le neutre.

c Dans le cas des câbles unipolaires, il peut êtreplus économique de choisir des conducteurs dephases de section inférieure à la section duconducteur neutre.

La protection des câbles peut être assurée par undisjoncteur dont le seuil de déclenchement sur le

neutre est supérieur et proportionnel au seuil dedéclenchement sur les phases (disjoncteur avecneutre renforcé, « oversized neutral »).

Exemple : Disjoncteur de calibre 400 A.

Seuil de déclenchement sur un pôle dephase = 150 à 250 A.

Seuil de déclenchement sur le pôleneutre = 240 à 400 A.

3.8 Harmoniques et Schémas des Liaisons à la Terre

Dans le cas du régime de neutre TNC, un seul

conducteur (PEN) assure en principel’équipotentialité des masses (la protection) encas de défaut terre et le transit des courants dedéséquilibre.

En réalité, la circulation de courants harmoniquesdans ce conducteur pose certains problèmes.

c Au travers de l’impédance du PEN, lescourants harmoniques créent de petitesdifférences de potentiel entre appareils (del’ordre de quelques volts), qui peuvent entra înerdes dysfonctionnements de communicationentre des équipements électroniques.

c Ces courants « vagabondent » de manière

aléatoire et permanente dans les structures du

bâtiment, et perturbent les récepteurs sensibles

par rayonnement.

c Le PEN ne peut être protégé contre lessurcharges.

c Enfin, la circulation de courants harmoniquesdans le neutre entra îne une chute de tensiondans le PEN créant des différences de potentielentre les masses reliées au PEN, ce qui peutprésenter un danger.

Le régime de neutre TNC doit donc être réservéà l’alimentation des circuits de puissance, entête d’installation, et est à proscrire dans le casde l’alimentation de charges sensibles(équipements informatiques par exemple) avec

circulation de courants harmoniques.



3.9 Comment gérer les harmoniques impactant le neutre

Plusieurs dispositions peuvent être prises pouréliminer ou réduire les effets des courantsharmoniques, en particulier de rang 3.

Adaptations de l’installation

Les principales solutions pour éviter la surchargedu conducteur neutre sont les suivantes :

c Utiliser un conducteur neutre séparé pourchaque phase. Solution rarement mise en œuvrecar peu économique.

c Doubler le conducteur neutre. Le courant dansle neutre ne pouvant pas dépasser 1,73 fois lecourant dans chaque phase, ceci est unesolution technologique simple dans uneinstallation ancienne.

c Utiliser des canalisations de calibre adapté aucourant dans le neutre, qui peut être le courantprépondérant (cf. § 3.5)

Transformateur triangle – étoile

Ce couplage est couramment utilisé endistribution, pour éliminer la circulation decourants harmoniques de rang 3 dans lesréseaux de distribution et de transport.

A noter que cette élimination n’est totale que siles charges au secondaire sont parfaitementéquilibrées. Dans le cas contraire, les courantsharmoniques de rang 3 des 3 phases ne sontpas égaux, et ne se compensent pas totalementaux sommets du triangle.

Transformateur à secondaire en zigzag

Ce couplage est également utilisé en distributionet présente le même intérêt que le couplagetriangle – étoile.

A noter que l’élimination des courantsharmoniques de rang 3 n’est totale que si lescharges sont parfaitement équilibrées. Dans le cascontraire, les courants harmoniques de rang 3des trois phases ne sont pas égaux, et lacompensation des ampères-tours sur une même

colonne au secondaire n’est pas totale. Uncourant harmonique de rang 3 doit donc circulerdans l’enroulement primaire… et dans la ligne

d’alimentation.

Réactance à couplage zigzag

Le schéma de principe de cette réactance estillustré sur la figure 29 .

Comme dans le cas d’un transformateur zigzag,on voit aisément sur cette figure que lesampères-tours sur une même colonnes’annulent. Il en résulte que l’impédanceparcourue par les courants d’harmonique 3 esttrès faible (inductance de fuite du bobinageseulement). La réactance zigzag procure doncun chemin de retour de faible impédance auxcourants homopolaires, et harmoniques de rang 3

et multiple de 3. Elle réduit donc le courant iNcirculant dans le neutre de l’alimentation, commeillustré figure 30 , dans le cas de chargesmonophasées.

3i3

Ih

i3

iN iN'

i3 i3

Fig. 29 : r é actance zigzag.

iN

iN'

t0

i

Fig. 30 : courants neutre i N avec et i N ’ sans utilisation d ’ une r

é actance zigzag.


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Filtre de rang 3 dans le neutre

Le principe de ce dispositif consiste à placer uncircuit bouchon accordé sur l’harmonique 3 ensérie avec le conducteur neutre (cf. fig. 31 ).

Sur la figure 32 sont représentées les formes

d’ondes obtenues en supposant raccordéesentre phases et neutre des chargesmonophasées du type décrit en 3.1.

La réduction du courant neutre s’accompagned’une augmentation de la distorsion de tension,mais qui n’est généralement pas pré judiciable aufonctionnement des charges informatiquesusuelles.

N

Source

irisit

iNCharge

Fig. 31 : filtre de rang 3 dans le neutre.

Fig. 32 : Formes d ’ ondes : courant ligne [a] et courant neutre [b] sans filtre ;

courant ligne [c] et courant neutre [d] avec filtre.

t0

ia -

t0

iNb -

t0

ic -

t0

iNd -



4 Synthèse

Le tableau présenté dans la figure 33 résumeles différents cas possibles où le conducteurneutre est présent.

Sn : section du neutreSph : section des phases

Fig. 33 : les diff é rentes situations du conducteur neutre.

TT TN-C TN-S IT

Monophasé P-N

ou ou

(voir nota)

Triphasé 3P-NSn u Sph

ou

(voir nota)

Triphasé 3P-NSn < Sph

ou

(voir nota)

N N N N

N

N N N N

N

N N N

N

Nota :La détection de surintensité dans le neutre est nécessaire, sauf :

c si le conducteur neutre est protégé contre les courts-circuits par un dispositif placé en amont,

c ou si le circuit est protégé par un DDR dont le seuil de déclenchement est inférieur ou égal à 0,15 foisle courant admissible dans le conducteur neutre.

N


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5 Conclusion

Le Neutre est un conducteur actif, parcouru pardes courants de déséquilibre, des courantsharmoniques et des courants de défaut.Il présente temporairement des tensionsdangereuses par rapport à la référence depotentiel des installations électriques (terre et PE).

Les normalisateurs se sont fortementpréoccupés de savoir s’il fallait ou non :

c le protéger,

c le couper,

c le sectionner,

ceci en fonction du schéma des liaisons à la

terre.Il en résulte beaucoup de textes normatifsparfois complexes.

Nous retiendrons, en pratique :

c La coupure du neutre est en général imposée(schéma IT et TT) ou fortement conseillée(schéma TN-S).

c Le sectionnement du neutre est un facteuressentiel de sécurité (tous SLT).

c Les appareils de coupure et de sectionnementdoivent assurer la coupure omnipolaire desconducteurs actifs.

c En présence de courants harmoniques, il estconseillé de protéger le conducteur neutre,

même s’il a la même section que les phases.

Le respect de ces quatre règles, quel que soit lerégime du Neutre, permet d’assurer la protectiondes personnes, des biens et d’éviter lesdysfonctionnements des matériels sensibles.Le schéma TN-C reste un cas particulier, le PENne pouvant être ni coupé ni sectionné.


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Annexe 3 : Bibliographie

Normes

c CEI 60364, NF C 15-100 : Installationsélectriques à basse tension.

Guides

c Guide NFC 15-105 : Installations Electriques àbasse tension, Guide pratique, Déterminationdes sections de conducteurs et choix desdispositifs de protection, Méthodes pratiques.

c Guide de l’Installation Electrique(Schneider Electric).

Cahiers Techniques Schneider Electric

c Les schémas de liaisons à la terre en BT(régimes de neutre), B. LACROIX, R. CALVAS,Cahier Technique n° 172.

c Les schémas des liaisons à la terre dans lemonde et leurs évolutions,B. LACROIX, R. CALVAS,Cahier Technique n° 173.

c Perturbations des systèmes électroniques etschémas des liaisons à la terre, J. DELABALLE,Cahier Technique n° 177.

c Le schéma IT (à neutre isolé) des liaisons à laterre en BT, F. JULLIEN, I. HERITIER,Cahier Technique n° 178.

c Les singularités de l’harmonique 3,J. SCHONEK, Cahier Technique n° 202.


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Schneider Electric Direction Scientifique et Technique Réalisation : AXESS neiderE

lectric

Documents

Cahier Technique - Conducteur Actif - Neutre