Systèmes non mis à la terre tels que reflétés dans les normes

Les types de réseaux électriques de base sont illustrés dans DIN VDE 0100-100 (VDE 0100-100):2009-06 Dans 131.1 de cette norme, il est fait référence au fait que, avec ces exigences, la sécurité des personnes, du bétail et des biens est assurée contre les dangers et les dommages, à condition que les systèmes électriques soient utilisés de la manière prévue. Les risques encourus incluent l'apparition de courants de choc dangereux et les interruptions de l'alimentation électrique.

Le schéma IT est décrit dans les normes CEI 60364-1:2005-11, 312.2.3 (AC) et 312.2.4.5 (DC). La définition stipule que tous les composants actifs doivent être isolés de la terre ou qu'un point doit être connecté à la terre via une impédance. Les parties conductrices exposées (des équipements électriques) du système électrique sont mises à la terre individuellement, en groupe ou collectivement avec la terre du système (voir également CEI 60364-4-41:2017-03, 411.6). Le système peut également être relié à la terre via une impédance suffisamment élevée. En Allemagne, cela n'est appliqué qu'à des fins de mesure ou fonctionnelles.

Il faut distinguer la source d'alimentation d'un réseau IT "normal" et d'un réseau IT médical. Une déconnexion sous forme d'isolation de base est nécessaire pour la source d'alimentation. En pratique, celui-ci prend généralement la forme d'un transformateur d'isolement. Cette fonction peut également être assurée par une batterie, par un système photovoltaïque (PV) autonome ou par un groupe électrogène mobile.  Dans un réseau IT médical, les courants de fuite lors d'interventions intracardiaques (ex : chirurgie à cœur ouvert) doivent être extrêmement faibles compte tenu du risque potentiel pour le patient. Le transformateur d'isolement requis est décrit dans la norme CEI 61558-2-15:2011-11.

En pratique, le réseau IT est souvent appelé "le système d'alimentation électrique non mis à la terre". "Non mis à la terre" dans ce contexte se réfère uniquement à la connexion entre tous les conducteurs actifs et le système de mise à la terre. Conformément à la norme CEI 60364-4-41:2017-03, 411.3.1.1 "Mise à la terre de protection", les parties conductrices exposées doivent être connectées à un conducteur de protection, en fonction du type de mise à la terre. Cela signifie pour le réseau IT conformément au 411.6.2 que les corps doivent être mis à la terre individuellement, en groupe ou collectivement et que les conditions suivantes doivent être remplies :

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

Où R_A est la somme de la résistance en Ω de l'électrode de terre et du conducteur de protection pour les parties conductrices exposées respectives ;

I_d; le courant de défaut en A du premier défaut d'impédance négligeable entre un conducteur de ligne et une partie conductrice exposée.

Aucune limitation de tension de contact n'est prise en compte dans les systèmes à courant continu car la valeur de Id peut être considérée comme négligeable.

Le courant de défaut I_d  suite à l'apparition d'un premier défaut contre une partie conductrice exposée ou la terre est très faible, et l'arrêt automatique n'est pas nécessaire (IEC 60364-4-41:2017-03, 411.6.1), en supposant que l'exigence de mise à la terre définie dans la section 411.6.2 a été satisfaite. Cela signifie que la résistance du conducteur de protection R_A est parallèle à la résistance du corps et que le courant de défaut déjà très faible traverse ce conducteur de protection et que la tension de contact reste nettement inférieur à la valeur maximale autorisée de 50 V dans les systèmes à courant alternatif. Ceci est particulièrement avantageux dans le secteur médical.

La valeur du courant de défaut Id à un premier défaut est déterminée par la tension nominale, la fréquence nominale et le circuit parallèle comprenant la capacité de fuite du système et résistance d'isolement du système électrique à la terre. Le courant de défaut, en cas de premier défaut, circule avec une impédance négligeable entre un conducteur de ligne et une partie conductrice exposée. Avec un bon niveau d'isolation dans un système électrique, Id peut être approximé par la capacité de fuite du système et peut être calculé comme suit : 

Pour un système triphasé

 I_Ce = U⁄√3 ×3ω × C_e = U ×√3×ω ×Ce</ sous> 

Pour système monophasé

I_Ce = U × ω × Ce

CEI 60364-4-41 : 2017-03, 411.6.3 stipule que les dispositifs de surveillance et de protection suivants peuvent être utilisés dans les réseaux IT  :

• Dispositifs de surveillance de l'isolement (IMD) ;
• Dispositifs de surveillance du courant résiduel (RCM) ;
• Systèmes de localisation de défauts d'isolement (IFLS) ;
• Dispositifs de protection contre les surintensités ;
• Dispositifs de protection contre les courants de défaut (RCD).

La sous-clause 411.6.3.1 définit qu'un dispositif de surveillance de l'isolement (IMD) est tenu de signaler un premier défaut entre une partie sous tension et une partie conductrice exposée ou à la terre. Cet appareil doit émettre un signal sonore et/ou visuel qui doit durer aussi longtemps que le défaut d'isolement existe. Il est conseillé de remédier à un premier défaut aussi rapidement que possible dans la pratique. "Aussi vite que pratiquement faisable" dépend des paramètres pratiques relatifs au système. Fondamentalement, le système IT présente un avantage significatif en ce sens qu'un défaut d'isolement ne doit pas être éliminé immédiatement, mais peut être retardé, par exemple jusqu'à l'échéance du prochain intervalle de maintenance du système.

Avec un système de localisation de défauts d'isolement (IFLS), les sorties et/ou appareils défectueux peuvent être localisés pendant le fonctionnement, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire d'arrêter le système. À des fins de dépannage, des impulsions de mesure sont superposées au système informatique qui sont à leur tour captées et évaluées par des transformateurs de courant de mesure. A partir de l'affectation transformateur de courant de mesure/sortie, il est alors aisé d'identifier la sortie défaillante.

Les dispositifs de protection contre les surintensités sont conçus en tenant compte de la norme IEC 60364-4-43:2008. Pour les réseaux IT, il faut notamment tenir compte du fait que:

• Dans le schéma IT médical, une protection contre les surcharges n'est pas autorisée dans le circuit de sortie (circuit secondaire) du transformateur, c'est-à-dire que seule une protection contre les court-circuits est requise. C'est pourquoi le courant de charge et la température du transformateur doivent être surveillés et que les anomalies doivent être signalées (IEC 60364-7-710:2002, 710.411.6.3.101)
• Selon la norme IEC 60364-4-43:2008-08, paragraphe 431.1.1, tous les conducteurs actifs doivent être protégés (sur tous les pôles). Voir également la norme IEC 60364-5-55:2011+A1:2012, clause 557 „circuits auxilaires“ paragraphe 557.3.6.1 „Les circuits auxiliaires en courant alternatif ou en courant continu non reliés à la terre doivent être protégés contre les courts-circuits par un dispositif de protection permettant l'interruption de tous les conducteurs de phase“. Cette indication se trouve également dans la norme IEC 60364-4-43:2008-08,paragraphe 431.2.2.
• Lorsque dans les réseaux IT triphasés avec neutre, une détection de surintensité est requise pour le conducteur neutre, celle-ci doit entraîner la déconnexion de tous les conducteurs actifs(IEC 60364-4-43:2008-08, paragraphe 431.2.2). Cette disposition n'est pas nécessaire si le conducteur neutre est protégé contre les surintensités, par exemple à l'origine de l'installation.
• Une coupure sur tous les pôles sert aussi à „déconnecter“ le réseau IT sur tous les pôles au sens des 5 règles de sécurité.
• Il faut mentionner ici la remarque générale issue de la norme IEC 60364-4-43:2008-08, paragraphe 433.3.3, selon laquelle il est possible de renoncer à des dispositifs de protection contre les surcharges si une déconnexion intempestive du circuit présente des dangers. Dans ce cas, il est recommandé de prévoir une alarme de surcharge. 

Selon CEI 60364-4-41:2017-03 paragraphe 411.3.3, une protection supplémentaire doit être fournie dans les systèmes de tension alternative sous la forme de dispositifs de protection contre les courants de défaut (RCD) pour < Prises 32 A destinées à une utilisation par des non-spécialistes et à un usage général. Cependant, cette exigence n'est pas réalisable pour permettre aux différentiels d'atteindre l'action de protection souhaitée dans les systèmes IT. Pour un démarrage, le principe de fonctionnement d'un différentiel après un premier défaut nécessite un courant de défaut I_d qui doit être supérieur au courant de défaut nominal I_Dn d'un différentiel (par exemple > 30 mA). Cependant, dans la pratique, ce n'est pas le cas. Même deux défauts d'isolement indépendants sur les conducteurs sous tension ou sur les équipements connectés ne provoquent pas le déclenchement d'un différentiel car ces deux défauts agissent comme une charge.

En outre, la norme CEI 60364-4-41 : 2017-03 stipule qu'une protection supplémentaire pour les circuits de prise de courant utilisant des différentiels avec I_Dn £ 30 mA est également requis pour les réseaux IT si un courant de défaut I_d > 15 mA circule en cas de premier défaut. En y regardant de plus près, cependant, il devient évident que cette exigence est techniquement discutable :

• Outre le fait que les prises sont l'exception plutôt que la norme dans les réseaux IT , comment le courant de défaut I_d devrait-il même être déterminé dans la phase de planification? Le courant de défaut I_d est principalement déterminé par la longueur du câble et le nombre de charges ainsi que les courants de fuite du système électrique à la terre. Cependant, aucun planificateur ne peut déterminer ces variables même avec la meilleure planification.
• Les DDR actuellement disponibles sur le marché n'ont pas une valeur de réponse de I_Dn < 15 mA. De plus, la norme allemande DIN VDE 0100-530 (VDE 0100-530): 2018-06, 538.4 stipule que les dispositifs de courant résiduel discriminants (sélectifs de direction) sont recommandés dans les réseaux IT CA pour éviter les notifications/alarmes indésirables dues aux courants de fuite lorsque des hautes capacitances de fuite sont susceptibles de se produire en aval de l'endroit où le dispositif à courant résiduel est connecté. Le problème ici est que de tels différentiels discriminants ne sont pas non plus disponibles. 

Sélection de contrôleurs d'isolement

Un appareil de contrôle d'isolement est sélectionné sur la base des critères suivants :

• Tension nominale maximale
• Type de réseau, c'est-à-dire CA, CC ou CA/CC
• Circuit principal, circuit de commande ou application spécialisée
• Capacité de fuite du système
• Valeurs de réponse
• Inclusion d'un système de localisation des défauts d'isolement
• Conditions environnementales spécifiques

Pour simplifier le processus de sélection des dispositifs de surveillance d'isolement pour le planificateur et l'utilisateur, la norme de produit pour les dispositifs de surveillance d'isolement, CEI 61557-8:2014/CORI:2016, inclut des stipulations supplémentaires :

• Désignation de l'application correspondante
• Une distinction est faite entre les types d'appareils de contrôle d'isolement en fonction des composants possibles du système informatique :
  • IMD de type CA pour les systèmes informatiques purement CA
  • IMD de type CC pour les systèmes informatiques CC purs
  • IMD de type CA/CC  pour les systèmes IT CA avec redresseurs directement connectés et pour les systèmes IT CC purs et pour les systèmes IT CC avec onduleurs CA directement connectés
• Une distinction est faite entre les types de dispositifs de surveillance d'isolement pour des applications spécifiques :
  • Médical
  • Photovoltaïque

Conformément à la norme VDE 0100-530 (VDE 0100-530):2011-06, paragraphe 538.3, un dispositif de contrôle d'isolement dans les réseaux TN, TT et IT peut être utilisé pour surveiller les circuits désactivés. Cela peut, par exemple, inclure des treuils motorisés, des élévateurs et des entraînements de vannes à tiroir. Cela nécessite que les circuits électriques surveillés soient isolés de tous les pôles du système.

Conformément à la norme CEI 60364-4-41:2017-03, paragraphe 411.6.4, après l'apparition d'un premier défaut, les conditions d'une déconnexion automatique suite à un deuxième défaut survenant sur un conducteur sous tension différent doivent être satisfaites. Concrètement, cela signifie qu'un niveau défini d'impédance de boucle doit être atteint. Pour les réseaux IT sans conducteur neutre, l'impédance de boucle est définie comme :

Z_S ≤ U/(2 × I_a )

Où :

U = Tension AC nominale entre les conducteurs de ligne
I_a = Courant (en A) qui provoque le déclenchement d'un dispositif de protection dans un délai défini aux paragraphes 411.3.2.2 / 411.3.2.3.< /p>

Si pour des raisons de disponibilité, si le système n'est pas destiné à s'arrêter lorsqu'un défaut initial se produit, assurez-vous que le courant de défaut dominant I_d est < 0,4 I_Δn lors de l'utilisation de différentiels. Pour un RCD de 30 mA, cela signifie que I_d est < 12 mA.

En outre, il convient de préciser que les défauts symétriques sur différents conducteurs sous tension ne doivent jamais provoquer un courant de défaut provoquant l'arrêt d'un système.

Un DDR peut être utilisé pour chaque consommable si et seulement si les conditions d'arrêt pour la protection contre les surintensités ne peuvent pas être satisfaites, car par exemple :

• il n'est pas possible de définir précisément l'impédance de boucle (longueurs de câbles difficiles à estimer, matériaux métalliques proches des lignes)
• le courant de défaut est si faible que le temps de déconnexion maximal autorisé lors de l'utilisation de dispositifs de protection contre les surintensités ne peut pas être atteint
• la résistance de boucle est trop élevée pour assurer un arrêt automatique
• et une liaison équipotentielle supplémentaire n'est pas possible