Les réseaux électriques Basse tension (BT)

Introduction

Les réseaux électriques sont constitués par l’ensemble des appareils destinés à la production, au transport, à la distribution et à l’utilisation de l’électricité depuis la centrale de génération jusqu’aux maisons de campagne les plus éloignées.

Ils ont pour fonction d'interconnecter les centres de production (les centrales électriques) avec les centres de consommation (villes, usines...).

•  Les lignes à Très Haute Tension THT  (225   -->   400 KV) : Elles sont utilisées pour le transport d'énergie électrique à longue distance et international.

• Les lignes à Haute Tension HT (63 -->   90 KV) : Elles sont utilisées aussi pour le transport d'énergie électrique.

• Les lignes à Moyenne Tension MT ( 15  -->  30 KV) : Elles sont utilisées pour le transport d'énergie électrique, industries, services, commerces.

•  Les lignes à Basse Tension BT ( 230  -->   380 V) : Elles sont utilisées pour la  distribution d'énergie électrique.

La basse tension BT est issues des postes de transformation haute tension/basse tension, ou moyenne tension/basse tension, les lignes basse tension sont construites en faisceaux de conducteurs isolés sur poteaux ou sur façades ou câbles souterrains.

Chaque circuit basse tension est protégé par un jeu de fusibles placé en sortie de transformateur. Le branchement se situe entre le réseau BT et le point de départ de l'installation intérieure de l'utilisateur. Sa protection est assurée par des fusibles côté distributeur et un disjoncteur côté utilisateur. 

1- Le réseau basse tension (BT)

C'est le réseau qui nous est en principe familier puisqu'il s'agit de la tension

380/230 V. Nous le rencontrons dans nos maisons via la chaîne :

compteur, disjoncteur, fusibles (micro disjoncteurs)

Le réseau BT permet de distribuer au consommateur :

• le 230 V (1 phase + neutre) - 2 fils
• ou le 380 V (3 phases + neutre) - 4 fils

Il faut que statistiquement les charges sur les trois phases soient équilibrées.

Le réseau BT se caractérise essentiellement par la façon dont sont gérés le neutre et la mise à la terre des masses (appareillage domestique).

On distingue trois systèmes :

•  IT  le neutre BT est isolé ce qui permet une continuité de fonctionnement au premier défaut. On utilise ce principe dans les hôpitaux ou certains process manufacturiers.
• TT ce système suppose une claire distinction des terres neutre et des terres des masses, distinction qui peut être difficile à réaliser.
• TN c'est le système le plus répandu.

On distingue les régimes : TN-C où le neutre et PE sont confondus (PEN)

 et TN-S où neutre et PE sont séparés (PE + N).

TN-C et TN-S sont en fait utilisés ensemble : TN-C pour la livraison, TN-S dans l'immeuble ou la maison pour permettre l'usage d'un disjoncteur différentiel.

Le dimensionnement et les règles d’installation d’un réseau BT doivent permettre de satisfaire un certain nombre de contraintes qui dépendent en premier lieu des

besoins des utilisateurs desservis :

 - Puissance et énergie appelées aux différents postes tarifaires,

 - Puissance de court-circuit et qualité de service.

En outre l’insertion du réseau dans son environnement ne doit pas être source de danger pour les personnes et les biens. Les ouvrages du réseau doivent donc être protégés contre :

- Les surcharges,

- Les défauts,

- Les contacts directs,

- Les contacts indirects,

- Les surtensions.

De plus, en situation de défaut, le réseau ne doit pas être à l’origine de l’apparition de tensions dangereuses pour les personnes ou pour les matériels des usagers.

Les limites applicables ici sont celles définies par les normes de base. Le respect de ces limites, en toutes circonstances, impose au concepteur du réseau de distribution des contraintes qu’il doit maîtriser par divers moyens.

2- Les schémas de réseau BT

Les réseaux à basse tension sont en grande majorité exploités en antenne et généralement en structure arborescente. Certains réseaux de grandes villes sont

parfois exploités maillés pour assurer une meilleure qualité de service.

Les réseaux BT sont généralement issus de sources triphasées, mais dans de nombreux pays, notamment d'Amérique du Nord, les réseaux BT sont monophasés.

En triphasé, le neutre est pratiquement toujours distribué et mis à la terre régulièrement, sur divers points des départs aériens et dans les boîtes de jonction ou de dérivation.

Les schémas des réseaux BT sont très différents, selon les exploitations et les habitudes des distributeurs.

Les principaux schémas sont :

le réseau de type souterrain (fig 1), utilisé généralement en zone urbaine,

le réseau de type aérien (fig 2) utilisé dans les zones rurales.

• d  le disjoncteur du client,
• AD les coupe-circuit à fusibles d'accompagnement de ce disjoncteur,
• FC les coupe-circuit à fusibles sectionneurs de pied de colonnes montantes des immeubles,
• FD les coupes-circuits à fusibles sectionneurs des départs BT,
• les coupe-circuit à fusibles FMT du transformateur MT/BT,
• IBT interrupteur sectionneur pour la basse tension,
• IMT interrupteur sectionneur pour la moyenne tension.

3- Les postes de distribution publique MT/BT

Le choix de la puissance d’un poste MT/BT est fait en fonction des charges à desservir et des évolutions prévisibles des consommations. Au cours des dernières années, la recherche d’une meilleure qualité de service a conduit les distributeurs à augmenter le nombre des postes de livraison et à les rapprocher au plus près des charges alimentées.

Les postes peuvent être installés :

•  Soit à l'extérieur, sur poteau ou en abris (maçonnés ou préfabriqués),
•  Soit à l'intérieur, dans des locaux ou des immeubles.

D'une manière générale, les postes de livraison sont maintenant le plus souvent de type préfabriqué, conçus et installés conformément à la norme CEI 1330-1 (1995).

Ces postes se trouvent dans des emplacements accessibles au public et il convient que la sécurité des personnes soit assurée dans les conditions de service spécifiées.

Ceci signifie que, outre les caractéristiques spécifiées, les valeurs assignées et les procédures d'essai applicables, une attention particulière doit être portée aux spécifications relatives à la protection des personnes. Cette protection est assurée par

l'utilisation de matériels soumis à des essais de type ainsi que par une conception et une construction adéquates de l'enveloppe. Les prises de terre doivent être de qualité et,

notamment, réalisées en fonction du régime du neutre choisi.

Un disjoncteur BT est souvent associé au transformateur MT/BT et est destiné à le protéger contre les courts-circuit et les surcharges.

On distingue deux situations:

•  Poste sur poteau

Deux types de disjoncteurs sont utilisés :

- un appareil de courant assigné de 165A (< 100 kVA en 20 kV)

- un appareil de courant assigné de 265 A (160 kVA en 20 kV)

Ils sont équipés d'un indicateur de charge qui permet de signaler que le disjoncteur a été traversé, pendant 24 h, par une charge de l'ordre de la puissance assignée du

transformateur qu'il protège.

Le disjoncteur de 165 A peut être équipé de différents déclencheurs en fonction de la puissance du transformateur.

•  Poste bas simplifié

Le disjoncteur a un courant assigné de 400 A. Les déclencheurs sont du type thermique et sont appropriés au courant assigné du transformateur à protéger.

La nécessité de l'emploi ou non d'un disjoncteur est fonction de la longueur et du type de réseau BT, car certains défauts entre phase et neutre ne peuvent être éliminés par des fusibles dans des temps compatibles avec la tenue des transformateurs.

Les fusibles (FMT) des transformateurs MT/BT sont destinés à protéger le réseau MT contre les avaries affectant soit les transformateurs de distribution et de clients alimentés en MT, soit les circuits BT en amont des protections BT normales ou en cas de défaillance de celles-ci.

Pour les réseaux de tension comprise entre 12 et 24 kV, on utilise des matériels de tension assignée 24 kV, dont les calibres sont : 6,3 ; 16 : 43 et 63 A.

4- Protection des réseaux BT

  4-1-  Les anomalies courantes

Les deux principales anomalies contre lesquelles il faut protéger un système de distribution sont: les court-circuits et les surcharges. 
Si une anomalie se produit, il faut pouvoir isoler la partie du système qui est affectée et permettre au reste de l'installation de continuer à fonctionner normalement.
Si le système de distribution contient des parties exposées à la foudre, il faudra prendre ce phénomène aléatoire en considération.

  4-2- La protection des personnes

La protection des personnes exige une analyse des mises à la terre pour éviter que les utilisateurs d'énergie électrique soient soumis à des différences de potentiel dangereuses.

Il sera aussi nécessaire d'établir des procédures et des procédés sécuritaires lors de la construction de nouvelles installations ou encore lors de travaux d'entretien sur des installations existantes.

  4-3- La protection des équipements

La protection des équipements est un problème complètement différent où les considérations économiques seront primordiales.
En effet, la technologie actuelle peut protéger les équipements électriques de la plupart des accidents qui pourraient se produire pendant l'opération d'un système de distribution ou de génération d'énergie électrique.

  4-4- Qualité d'un système de protection

Pour être efficace, un système de protection doit satisfaire 4 conditions essentielles :

Disponibilité, rapidité, sensibilité, sélectivité.

•  Disponibilité

C'est la capacité de fonctionner lors de l'apparition d'un défaut, ce qui impose diverses procédures ou dispositifs pour s'assurer que la protection est en état de marche.

• Rapidité

La protection doit détecter rapidement les situations anormales de façon à isoler la zone ou le dispositif en défaut, dans la mesure où les dégâts causés par un défaut sont directement liés à la durée du défaut.

•  Sensibilité

La protection doit être capable de détecter les défauts au tout début de leur apparition.

•  Sélectivité

La protection doit agir seulement en présence d'un véritable défaut et n'isoler que la partie d'installation concernée, de manière à maintenir la distribution électrique dans les parties saines.

  4-5- Appareils de protection des réseaux BT

     4-5-1- Disjoncteur Basse Tension

Un disjoncteur est un appareil mécanique de connexion capable d’établir, de supporter et d’interrompre un courant dans un circuit électrique.

Un disjoncteur protège l’installation :

- contre les surcharges (action du déclencheur thermique)

- contre les courts-circuits (action du déclencheur magnétique)

Suivant sa conception, il peut surveiller un ou plusieurs paramètres d'une ligne électrique. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est réarmable.

·        Composants du disjoncteur BT

1.     Manette servant couper ou à réarmer le disjoncteur manuellement. Elle indique également l'état du disjoncteur (ouvert ou fermé). La plupart des disjoncteurs sont conçus pour pouvoir disjoncter même si la manette est maintenue manuellement en position fermée.

2.     Mécanisme lié à la manette, sépare ou approche les contacts.

3.     Contacts permettant au courant de passer lorsqu'ils se touchent.

4.     Connecteurs.

5.     Bilame.

6.     Vis de calibration, permet au fabricant d'ajuster la consigne de courant avec précision après assemblage.

7.     Solenoïde.

8. Réducteur d'arc.

     4-5-2- Disjoncteur différentiel

Le Dispositif Différentiel Résiduel (DDR) est un appareil de protection qui surveille le courant résiduel consécutif à la somme des courants vectoriels des conducteurs

actifs. Par définition la somme des courants de l'ensemble des conducteurs (phases + neutre + terre) est nulle dans une distribution électrique.

Le différentiel mesurant la somme des courants des conducteurs actifs (phase + neutre) détermine donc indirectement la valeur du courant de fuite à la terre.

La protection différentielle a pour principale fonction la protection des personnes et la prévention des défauts d'isolement de l'installation.

Un DDR est constitué de trois parties principales :

•  Le tore, en matériau ferromagnétique, sert à détecter, capter l'énergie et conditionner le courant de défaut. Son enroulement primaire est constitué de l'ensemble des phases et du neutre à protéger.

•  Une interface éventuelle qui traite l'image du courant de défaut transmise par l'enroulement de détection.

•  Un relais électromécanique, commandé par l'interface de traitement, assure le déclenchement et donc l'ouverture des contacts de coupure du réseau.

      4-5-3- Fusibles basse tension

Les fusibles sont utilisés principalement pour protéger les conducteurs électriques et les câbles contre les surintensités et les courants de court-circuit quelles que soient leurs valeurs.

L'inconvénient majeur des fusibles réside dans le fait qu'ils sont endommagés par les défauts et qu'ils ont une faible sensibilité.

L'exploitant doit disposer d'un grand nombre de fusibles de rechange pour les différents calibres.

      4-5-4- Capteurs

Les capteurs sont des interfaces avec le réseau électrique. Ils assurent l'isolement et l'adaptation entre les grandeurs électriques réelles du réseau (courant et tension) et les entrées des dispositif de protection.

Les capteurs sont de ce fait liés à la chaîne de protection et la qualité de la protection dépend de leurs caractéristiques.

      4-5-5- Parafoudres

Les parafoudres sont des appareils destinés à limiter les surtensions imposées aux transformateurs, instruments et machines électriques par la foudre et par les manœuvres de commutation. 

     4-5-6- Paratonnerres

Conducteurs extérieurs relié à la terre afin de protéger la structure d'un bâtiment contre les chocs de foudre directs en favorisant la capture de la foudre et en l'écoulant à la terre.

     4-5-7- Sectionneurs basse tension

Cet appareil est souvent muni de fusibles, il est alors appelé sectionneur porte-fusibles. Certains sectionneurs comportent aussi des contacts à précoupure permettant de couper la commande des organes de puissance afin d'éviter une manœuvre en charge.
Rôles des différents organes:

• Contacts principaux : couper un circuit électrique en isolant la source du consommateur;
• Contacts auxiliaires : couper le circuit de commande;
•  La poignée de commande : elle peut être verrouillée par un cadenas en position ouvert;
• Des portes fusible (facultatif);

L'ouverture du sectionneur est impérative lors de toute intervention hors tension sur un équipement électrique.

   Conclusion

Les matériels électriques utilisés tant dans les applications domestiques que dans les applications industrielles sont de plus en plus sensibles aux surtensions, en raison de l'utilisation massive de composants électroniques. Les ampoules d'éclairage à incandescence, le moteur de la machine à laver ont une tenue intrinsèque contre les surtensions assez élevée et, pendant longtemps, leur protection contre les surtensions n'était donc pas un problème majeur.

De nos jours, les alarmes, ordinateurs, télévisions et même le programmateur de la machine à laver utilisent des composants électroniques, ce qui augmente leur fragilité vis-à-vis des surtensions. L'usage croissant de prises protégées (prises de courant avec parafoudre incorporé), que l'on peut trouver aussi bien dans les magasins de bricolage que dans les catalogues de vente par correspondance, témoigne bien de l'évolution rapide de la protection contre les surtensions et de sa pénétration dans le milieu domestique.

Cependant, les surtensions peuvent se propager jusqu'à l'appareil considéré, non seulement par les lignes d'énergie, mais aussi par les lignes téléphoniques (fax, répondeurs...), les câbles coaxiaux (antennes de télévision...), les circuits de données (prises RS232 des ordinateurs) ou, même, par le circuit de terre (cas d'un bâtiment protégé par un paratonnerre, par exemple).