Réseau diffusion phase stable et ses applications critiques

Comparé aux réseaux TN ou TT (« mis à la terre »), le réseau IT (« non mis à la terre ») est un type de réseau rarement utilisé mais qui serait dans bien des cas la meilleure alternative. Pourquoi nous contentons-nous dans la pratique de la moins bonne solution? La réponse est probablement : par habitude, par commodité, par ignorance. Le réseau IT n’est pas très connu dans la pratique. C’est un sujet peu abordé à l’université ou dans les centres de formation. Le réseau mis à la terre s’est ainsi propagé de plus en plus et il continue de se propager.

Le réseau IT est peu répandu et il ne se rencontre que là où il est impossible de renoncer à ses avantages comme par exemple dans les salles d’opération, dans les unités de soins intensifs et dans les systèmes de signalisation ferroviaire. Pourquoi ? Parce qu’il en va de vies humaines. Mais n’en va-t-il pas toujours de vies humaines quand il s’agit d’alimentation électrique ?

Le réseau IT se différencie du réseau TN ou TT essentiellement par une liaison conductrice entre le point neutre du transformateur qui alimente le réseau et la terre. Cette connexion existe dans les réseaux mis à la terre, mais pas dans un réseau IT. Sur quoi repose la grande différence dans l'effet, alors qu'il n'y a qu'une si petite différence dans la réalisation ?

Si, dans un réseau non mis à la terre intact, un être humain touche un châssis sous tension il ne se passe : en général RIEN ! Pourquoi ? Certes un courant circule, cependant celui-ci est très faible puisqu’il dépent des capacités de fuite et que le châssis est mis à la terre. Qu'en est-il dans un réseau mis à la terre ? Ici, on met en place un circuit de courant fermé et on attend en quelque sorte le défaut.

Si, dans ce cas, un être humain touche un châssis sous tension, un courant de défaut traverserait immédiatement la personne en raison de la liaison à faible impédance au transformateur. Cette situation serait dangereuse sans un équipement de protection contre les surintensités. Pour être sûr que cela fonctionne véritablement, les équipements de protection doivent être vérifiés régulièrement. Mais quelle est la fréquence réelle de ces vérifications ?

Il est possible de localiser des défauts d’isolement en cours de fonctionnement ou à l’arrêt au moyen de systèmes de localisation de défauts d’isolement (IFLS). À cette fin, des appareils destinés à être installés de façon fixe et des appareils mobiles sont disponibles. La localisation de défauts est en principe également possible dans des réseaux mis à la terre utilisant la technique de surveillance des courants différentiels (RCM), cependant avec cette restriction que celle-ci n’est applicable que dans des systèmes en fonctionnement et, au contraire des réseaux IT, qu’elle reste limitée aux seuls défauts d’isolement asymétriques.

Dans un réseau non mis à la terre, en cas de défaut d’isolement - même s’il s’agit d’un défaut franc à la terre - une coupure n’est pas nécessaire. C’est aussi la raison pour laquelle les réseaux IT sont obligatoires notamment dans les unités de soins intensifs. Dans le cas d’un défaut d’isolement, l’alimentation des appareils de maintien en vie continue. Le réseau IT est idéal pour toutes les applications dans lesquelles des coupures sont indésirables, lourdes de conséquences ou coûteuses - dans l’industrie de process, dans les data centers, dans l’automatisation et en principe partout. Les circuits de commande en tout genre sont particulièrement importants.

Des informations fournies par le contrôleur d’isolement permettent de prévoir à long terme les mesures de maintenance et d’entretien dans le réseau IT et d’éviter des interventions imprévues pour des dépannages. Un autre point fort est que les détériorations du niveau d’isolement peuvent être immédiatement détectées. Dans un réseau mis à la terre des courants de défaut de l’ordre du milliampère à un chiffre peuvent être détectés au moyen d’une technique de surveillance des courants différentiels très sophistiquée (RCM) mais pas plus. Cela signifie que, même si seules les parties ohmiques du courant différentiel pouvaient être sélectionnées en cas d’une tension de réseau de 400 V et d’une résolution de mesure de 10 mA, la détérioration du niveau de l’isolement en-deçà de 40 kΩ serait reconnue.

Dans un réseau IT, les défauts symétriques peuvent être détectés au moyen d’un contrôleur d’isolement qui mesure activement. Les défauts symétriques sont des détériorations de l’isolement ayant les mêmes valeurs de résistance entre tous les conducteurs de phase. De tels défauts ne sont pas rares. Par exemple, dans les installations photovoltaïques, les valeurs d’isolement se détériorent très souvent de manière identique sur le côté positif ou négatif. Des DCR pour des réseaux DC purs tels que des systèmes de batteries ne sont pas disponibles actuellement. Les options possibles sont soit des contrôleurs d'isolement à courant différentiel résiduel (RCM) avec une tension d´alimentation DC, soit la réalisation d´un réseau IT avec surveillance de l´isolement. L'ISOMETER iso685 offre en outre l’avantage, d’afficher dans les réseaux DC, si le défaut se trouve sur le côté positif ou négatif.

Lorsque des systèmes de batteries, des variateurs, des alimentations à découpage etc. se trouvent dans le réseau AC, des courants de défaut DC sont possibles. Les DCR de type A très répandus pour les réseaux AC purs sont inadaptés dans ce cas. Ici, dans le réseau mis à la terre, seuls des DCR de type B peuvent être utilisé ou alors il faut garantir d'une autre manière (au moyen de la technique RCM), qu’en cas de courants DC de plus de 6 A une coupure soit effectuée. Une alternative judicieuse est d’exploiter l’installation en tant que réseau non mis à la terre et de la surveiller avec un contrôleur permanent d’isolement.

Puisqu’un contrôleur permanent d’isolement mesure activement, il peut également surveiller des réseaux IT ou TN hors tension. C’est un aspect important notamment pour les chauffages d’aiguillages, les pompes à incendie sur les navires et les systèmes de refroidissement redondants dans les centrales nucléaires. Il est ainsi possible de détecter, même en été, un défaut d’isolement dans un chauffage d’aiguillage et celui-ci peut alors être réparé à temps. Sinon, on ne remarquerait le défaut qu’au moment de la mise sous tension en hiver, sous la forme d’une panne immédiate de l’installation au moment précis où on en a besoin.

Le contrôleur d’isolement prescrit dans les réseaux IT surveille en permanence la valeur d’isolement. Par contre, lors des contrôles périodiques, seul l’état momentané de l’isolement est détecté. Celui-ci peut se détériorer de façon dramatique immédiatement après le contrôle et passer inaperçue pendant un long laps de temps. La surveillance permanente de l’isolement est également possible dans des réseaux mis à la terre grâce à l’utilisation supplémentaire de systèmes de contrôle à courant différentiel résiduel (technique RCM). Les défauts d’isolement dans une installation électrique sont la cause la plus fréquente d’incendies. Dans un réseau IT, la probabilité d’un incendie est très faible.

Premièrement, on peut détecter et remédier à un défaut d’isolement dans la phase initiale de son développement. Deuxièmement, comme il n’y a pas de trajet électrique de retour à faible impédance, aucun courant qui serait suffisamment important pour déclencher un incendie, ne circule dans le cas d’un défaut d’isolement. La restriction concernant les réseaux n’ayant pas une capacité de fuite importante s’applique ici aussi. Les ISOMETER iso685 et iso1685 sont en mesure d’enregistrer des années durant l’intégralité des paramètres du réseau et de les horodater. En association avec d’autres évènements enregistrés dans le réseau, cela permet une analyse des défauts basée sur les évènements et facilite la détection de défauts sporadiques ainsi que leur élimination et constitue une amélioration de la base de la décision pour des investissements futurs. L’évaluation peut être effectuée sur l’appareil lui-même ou via Ethernet.

De nos jours, les réseaux comprennent de moins en moins de charges linéaires (ohmiques). La lampe à incandescence a été remplacée par la lampe à économie d’énergie ou des LED. Les ordinateurs et les téléviseurs sont reliés au réseau de distribution via des alimentations à découpage, la machine à laver contient un convertisseur de fréquence et, dans l’industrie, les convertisseurs de fréquence sont utilisés en grand nombre pour les moteurs. Dans un réseau IT, cela ne pose pas de problème à un contrôleur d’isolement puissant et celui-ci mesure correctement la valeur d’isolement de l’intégralité du réseau. Le réseau IT est tout particulièrement adapté à l’usage de convertisseurs. En effet, même en cas de défaut d’isolement franc dans le circuit intermédiaire de grands convertisseurs de fréquence, aucun courant DC pouvant être à l’origine d’effets de saturation dans les noyaux Core et provoquer la destruction des éléments inductifs de générateurs et de transformateurs d’alimentation, ne circule.

L'ISOMETER iso685 a été conçu pour la surveillance de réseaux comportant des convertisseurs de fréquence et il permet d’établir un lien logique entre les paramètres du réseau afin de déclencher une coupure automatique des entraînements en cas d’état critique de l’installation. Une distinction des défauts dans les entraînements par convertisseurs en fonction du circuit intermédiaire et du côté du moteur est possible avec l’iso685 sans dépenses supplémentaires et sans recours à d'autres appareils.

Les courants vagabonds provoquent souvent des problèmes dans les réseaux mis à la terre. Ce sont des courants qui ne traversent ni les conducteurs L, N ni le conducteur PE mais qui se cherchent d'autres chemins. Ils sont à l’origine de corrosion, de corrosion par piqûres dans les canalisations, dans les installations de protection contre la foudre, dans les roulements à billes, dans les électrodes de terre de fondation et dans diverses parties conductrices. Ils peuvent être à l’origine de la destruction des blindages des câbles de signalisation voire même causer des incendies et générer des perturbations électromagnétiques. Étant donné que dans un réseau non mis à la terre le trajet électrique de retour vers le point neutre du transformateur n’est pas fermé, les courants vagabonds ne peuvent pas s’y propager.

La possibilité de réduire la catégorie de surtension de la catégorie IV à la catégorie III au moyen d’un isolement obtenu via un transformateur d’isolation, un optocoupleur ou toute autre séparation galvanique similaire, est décrite dans la norme CEI 62109-1:2010. Contactez-nous! Les réseaux IT ne doivent pas être trop étendus. Des réseaux IT très étendus peuvent devenir confus et avoir une capacité élevée de fuite au réseau indésirable. Il est donc recommandé de subdiviser les réseaux IT très étendus en unités séparées au moyen de transformateurs de séparation, ce qui peut causer des coûts supplémentaires et des pertes de puissance qui sont dans l’ensemble d’une grandeur le plus souvent négligeable. Cette division en sous-réseaux séparés galvaniquement a aussi des avantages, tels que l’effet de filtre par rapport aux interférences ou la possibilité de l’adaptation spécifique des tensions aux charges alimentées.

Ce qui constitue un réseau étendu est à évaluer au cas par cas et cela dépend des paramètres du réseau. Par exemple chacun des champs PV les plus grands du monde peut être entièrement surveillé par un seul ISOMETER de type isoPV. Ce qui signifie qu’aucune connexion défectueuse, qu’aucun câble détérioré et qu’aucun module PV endommagé n’échappe à un seul ISOMETER, bien que la grandeur de l’installation corresponde à 10 voire plus terrains de football.

Élévation de la tension en cas de défaut d’isolement dans un réseau IT: les tensions des autres conducteurs augmentent par rapport au potentiel de terre lorsque survient un défaut franc à la terre. Le réseau IT présente de nombreux avantages par rapport aux réseaux mis à la terre et il ne satisfait pas seulement aux exigences élevées en salle d’opération ou dans une centrale nucléaire mais il est adapté pratiquement partout. Aujourd’hui, dans bien des cas, il n’est pas du tout pris en considération alors qu’il serait la meilleure alternative.

La nouvelle génération des contrôleurs d’isolement offre beaucoup d’avantages économiques et techniques qui sont bénéfiques à l’exploitant. Vous avez des questions ? N'hésitez pas à nous contacter !

Applications et avantages principaux

Le réseau IT est idéal pour les applications où les coupures sont inacceptables, notamment dans les salles d’opération, les unités de soins intensifs et les systèmes de signalisation critique. Grâce à la surveillance continue et à l’identification précoce des défauts d’isolement, les maintenances préventives peuvent être prévues et les interruptions imprévues évitées.

Dans les domaines industriels et des data centers, les systèmes IT offrent une sécurité accrue et une continuité de service renforcée, avec des mécanismes de localisation des défauts et de coupure dirigée en cas de défaut critique. Les systèmes de batteries, les alimentations à découpage et les convertisseurs bénéficient d’un suivi actif de l’isolement, évitant les risques d’effets néfastes sur les composants clés.

Impact sur la sécurité incendie et maintenance

Les défauts d’isolement sont une cause fréquente d’incendies; dans un réseau IT, la probabilité d’un incendie est très faible, car la formation de courants de défaut est contrôlée et les interventions peuvent être planifiées. L’analyse des événements enregistrés permet d’identifier des défauts sporadiques et d’ajuster les plans de maintenance sur le long terme.

Surveillance et maintenance préventive

Les ISOMETER iso685 et iso1685 enregistrent et horodatent les paramètres du réseau sur des années, facilitant l’évaluation historique et l’aide à la décision d’investissement futur. La surveillance permanente peut être associée à des systèmes RCM dans les réseaux mis à la terre pour améliorer la détection des défauts et la sécurité globale.

Le réseau IT, particulièrement adapté à l’utilisation de convertisseurs et de charges non linéaires, bénéficie d’un contrôleur d’isolement puissant capable de mesurer l’isolement de l’ensemble du réseau, même en présence de charges non linéaires et de composants DC dans le réseau AC. Cela permet une détection précoce des défauts et une réponse rapide pour éviter des défaillances critiques.

Tableau synthèse des points clés

tags: #reseau #diffusion #phase #stable