Les réseaux IT au travers des normes

Les types de réseaux électriques fondamentaux sont décrits dans la norme DIN VDE 0100-100 (VDE 0100-100):2009-06. Au paragraphe 131.1 de cette norme, il est indiqué que les exigences énoncées permettent d'assurer la sécurité des personnes, des animaux domestiques et des biens contre les dangers et les dommages pouvant résulter de l'utilisation normale des installations électriques.  Ces dangers sont notamment les courants de chocs et l'interruption de l'alimentation électrique.

Le réseau IT est décrit au paragraphe 312.2.3 (AC), 312.2.4.5 (DC) et dans l'annexe A. Il est entendu que, toutes les parties actives sont isolées de la terre ou un point est relié à la terre par l'intermédiaire d'une impédance. Les masses de l'installation électrique (d'équipements électriques) sont mises à la terre séparément, collectivement ou à la prise de terre de l'alimentation (consulter aussi DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10) 411.6. Le schéma peut également être mis à la terre par une impédance suffisamment élevée. En Allemagne, cela ne s'applique qu'à des fins de mesure ou de fonction.

Figure 1: Comparaison entre un réseau IT (figure de gauche) et un réseau TN dans un cas de premier défaut d'isolement

Dans la pratique, le réseau IT est souvent appelé „système d'alimentation électrique non mis à la terre“. Ce „non mis à la terre“ ne se réfère toutefois qu'à la liaison entre tous les conducteurs actifs et la prise de terre. Selon la norme DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 paragraphe 411.3.1.1 „Mise à la terre“ les masses doivent être reliées à un conducteur de protection dans les conditions spécifiques du schéma des liaisons à la terre. Pour le réseau IT, cela signifie selon le paragraphe 411.6.2 que les masses doivent être reliées à la terre, soit individuellement, soit par groupes ou ensemble et que les conditions suivantes doivent être remplies:

Dans les réseaux à courant alternatif          R_A × I_d ≤ 50 V

où

R_A           est la somme des résistances en Ω de la prise de terre et du conducteur de protection des masses

I_d             est le courant de défaut, en A, en cas de premier défaut d'impédance négligeable entre un conducteur de phase et une masse

Dans les réseaux à courant continu, aucune limitation de tension de contact n'est prise en compte, la valeur de I_d pouvant être considérée comme suffisamment faible pour être négligeable.

Figure 3: Comparaison de la mise à la terre dans le réseau IT et dans le réseau TN

Selon la norme DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10, paragraphe 411.6.3, les dispositifs de contrôle et de protection suivants peuvent être utilisés en schéma IT:

• contrôleurs d'isolement (CPI);
• dispositifs de surveillance des courants différentiels (RCM);
• système de localisation de défaut d'isolement (IFLS);
• dispositif de protection contre les surintensités;
• dispositifs de protection à courant différentiel-résiduel (DDR).

Selon le paragraphe 411.6.3.1, un contrôleur d'isolement (CPI) doit être prévu afin de signaler un premier défaut entre une partie active et les masses ou la terre. Le  dispositif doit actionner un signal  sonore et/ou visuel qui doit être maintenu tant que le défaut existe. Il est recommandé d'éliminer un premier défaut dans un délai aussi court que possible. Le „délai aussi court que possible“ dépend des conditions propres à l'installation. Mais, de manière générale, le réseau IT possède le net avantage qu'un premier défaut ne doit pas être éliminé immédiatement, mais qu'il peut parfaitement être retardé jusqu'au moment où l'entretien doit être effectué.

Contrôleurs d´isolement à courant différentiel résiduel (RCM) ne fonctionnent que partiellement (consulter dispositifs à courant résiduel (DDR)

Selon la norme DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10, paragraphe 411.3.3 une protection complémentaire au moyen d'un dispositif de protection à courant différentiel résiduel (DDR) doit être prévue pour les socles de prise de courant en courant alternatif < 32 A susceptibles d'être utilisés par des personnes ordinaires pour un usage général. Toutefois cette exigence est inadaptée pour les réseaux IT et par conséquent les DDR n'apportent pas la protection escomptée dans ces réseaux. Le principe de fonctionnement d'un DDR nécessite après un premier défaut un courant de défaut I_d qui doit être supérieur au courant différentiel de fonctionnement assigné I_Dn (par ex.> 30mA). Cependant, ce n'est pas le cas dans la pratique. Même deux défauts d'isolement indépendants sur les deux conducteurs actifs ou les équipements connectés ne provoquent pas le déclenchement d'un DDR puisque ces deux défauts agissent comme un charge. 

Cependant, dans l'édition de la norme DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10, la protection supplémentaire par des DDR I_Dn £ 30 mA est exigée au niveau international, même pour les circuits des prises de courant de réseaux IT, lorsqu'en cas de premier défaut un courant de défaut I_d de > 15 mA est susceptible de circuler. En y regardant de plus près, il apparaît que cette exigence n'est pas seulement discutable d'un point de vue technique:

Mis à part le fait que les prises de courant dans les réseaux IT constituent plutôt l'exception, comment déterminer le courant de défaut I_d ? Le courant I_d est essentiellement déterminé par la longueur du câble et le nombre de charges de l'installation électrique. Les courants de fuite de l'installation électrique vers la terre sont également pris en compte. Cela inclut aussi les modifications apportées à l'installation par des connexions et des coupures inconnues. Ces valeurs aucun concepteur ne peut les déterminer aussi bonne que soit la planification.

• Les DDR qui se trouvent aujourd'hui habituellement sur le marché ont un courant différentiel assigné I_Dn < 30mA. L'utilisateur n'aurait donc aucune chance d'acquérir un produit adéquat sur le marché. A ce sujet, on trouve la citation suivante dans la norme DIN VDE 0100-530 (VDE 0100-530):2018-06 au paragraphe 538.4 : „Dans des réseaux IT alternatifs, il est recommandé d'utiliser des dispositifs de surveillance des courants différentiels (RCM) directionnellement sélectifs afin d'éviter des notifications/alarmes indésirables dues aux courants de fuite, si des capacités de fuite élevées sont susceptibles de produire en aval du point de raccordement du dispositif de surveillance des courants différentiels (RCM).“
• Au bout du compte, cela signifie que l'utilisateur n'obtient ni DDR avec un I_Dn < 15 mA, ni DDR travaillant de façon directionnellement sélective. Directionnellement sélectif signifie dans ce cas que seuls les courants de défaut vers la charge sont détectés.

Fig. 8: Deux défauts d'isolement sur des conducteurs de phase différents „en aval“ d'un DDR

Fig. 9: Répartition des capacités de fuite du réseau „en amont“ et „en aval“ d'un DDR

Fig. 10: Utilisation de DDR dans des réseaux IT ramifiés

Sélection des contrôleurs d’isolement

Un contrôleur d’isolement est sélectionné sur la base des critères suivants:

• Tension nominale maximale
• Type de réseau AC, DC ou AC / DC
• Circuit principal, circuit de commande ou application spéciale
• Capacité de fuite du réseau
• Valeurs de réponse
• Possibilité d'intégrer la fonction de dispositif de localisation de défauts d'isolement au CPI
• Conditions environnementales spécifiques

Afin de simplifier le processus de sélection des contrôleurs d´isolement pour le concepteur et l'utilisateur, des dispositions supplémentaires sont contenues dans la norme relative aux contrôleurs d´isolement DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8):2015-12:

• Marquage correspondant à l'application
• Une distinction est faite entre les types de contrôleurs d´isolement
  • en fonction des composants possibles dans le réseau IT
    • Réseaux AC IT
    • Réseaux IT DC
    • Réseaux IT AC/DC
  • Une distinction est faite entre les types de contrôleurs d´isolement pour des applications spéciales
  • Locaux à usages médicaux
  • Photovoltaïque

Figure 11: Exemples pour le marquage du CPI

La valeur de réponse doit être réglée de manière appropriée à l'installation concernée. Selon le paragraphe 538.1.3, une valeur de 100 Ohm/V et, pour une préalarme, une valeur de 300 Ohm/V sont recommandées. Dans la précédente édition de la norme DIN VDE 0100-530:2011-06 et dans la norme DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100):2015-10 paragraphe 5.3.3.101.3.3., une valeur de 50 Ohm/V est recommandée à titre indicatif. Ces deux ordres de grandeur sont en principe justes et sont influencés par le nombre des charges et par la qualité de l'installation (par ex. l'humidité, la poussière etc.). Dans la pratique, la valeur affichée sur l'écran du CPI est utilisée pour régler une valeur d´alarme inférieure à cette valeur affichée, représentant la valeur minimale souhaitée laissant suffisamment de latitude pour les travaux d'entretien et de maintenance. Il convient cependant de tenir compte du fait que tous les départs importants de l'installation sont en fonctionnement.

Toutefois, un autre avantage est que tout changement significatif de la  résistance d'isolement lors de la mise en marche ou de l'arrêt d'une charge ou d'une partie de l'installation est affiché par le CPI et que d'éventuels points faibles sont ainsi identifiés.

Conformément à la norme DIN VDE 0100-410:2018-10, paragraphe 411.6.4, après qu'un premier défaut se soit produit, les conditions de coupure automatique de l'alimentation dans l'éventualité d'un deuxième défaut dans les différents conducteurs actifs doivent être remplies. Dans la pratique, cela signifie qu'une certaine impédance de boucle doit être respectée. Pour les réseaux IT sans conducteur neutre, l'impédance de boucle est définie comme suit:

Z_S ≤ U/(2 × I_a )

U = tension nominale en courant alternatif entre phases
I_a = courant assurant le fonctionnement du dispositif de protection dans le temps prescrit en 411.3.2.2 / 411.3.2.3

Si, pour des raisons de disponibilité, un premier défaut ne doit pas provoquer de coupure, il faut alors s'assurer que le courant de défaut existant soit de I_d < 0,4 I_Δn lors de l'utilisation de DDR. Pour un DDR 30 mA cela signifie I_d < 12 mA.

De plus, il est mentionné à ce propos que des défauts symétriques sur différents conducteurs de phases ne génèrent aucun courant de défaut provoquant une coupure.

Un DDR peut être utilisé pour chaque matériel, lorsque les conditions de coupure pour la protection contre les surintensités ne peuvent pas être satisfaites, par exemple, parce que 

• l'impédance de boucle ne peut pas être déterminée avec précision (difficulté pour estimer la longueur des câbles, matériaux métalliques à proximité des câbles),
• le courant de défaut est si faible qu'en cas d'utilisation de dispositifs de protection contre les surintensités, le temps de coupure maxi. admissible ne peut être respecté,
• la résistance de la boucle est trop élevée pour garantir la coupure automatique

et qu'une liaison équipotentielle supplémentaire n'est pas possible.

Figure 13: Le deuxième défaut dans le réseau IT