1. Présence d’un défaut d’isolement
En présence d’un défaut d’isolement entre une phase (par exemple L2) et la masse du récepteur, un courant de défaut Id s’établit. Ce courant va circuler dans la boucle constituée par : L2, masse du récepteur (point A), prise de terre des masses (Ru), terre (point B), prise de terre du neutre (Rn) et le neutre du secondaire du transformateur.
La tension de contact Uc peut prendre une valeur élevée, donc dangereuse, pouvant entraîner une électrisation, voire une électrocution.
2. Calcul de la tension de contact et du courant de défaut
On considère un exemple simplifié pour lequel le défaut est franc (résistance du défaut nulle) et on néglige l’impédance des câbles. Les résistances des prises de terre Ru et Rn sont égales à 22 Ω. Le schéma équivalent de la boucle de défaut est le suivant.
La tension de contact est :
Dans cet exemple, la tension de contact vaut 115 V. Cette tension est dangereuse ; il est donc impératif de couper immédiatement l’installation dès que Uc prend une valeur supérieure à la tension limite de sécurité définie par la norme NF C 15-100.
3. Mesures de sécurité
La protection est assurée par un dispositif à courant différentiel résiduel DDR (disjoncteur différentiel ou interrupteur différentiel). L’avantage d’un disjoncteur différentiel par rapport à un interrupteur différentiel est qu’il assure également la protection contre les défauts de surintensités résultant de courts-circuits (déclenchement magnétique rapide) ou résultant de surcharges (déclenchement thermique lent). Les symboles de ces éléments sont donnés ci-dessous.
Tout DDR est caractérisé par son courant différentiel nominal ou sensibilité IΔn. Il doit se déclencher lorsque le courant de défaut Id (c'est-à-dire la différence entre le courant de départ et le courant de retour dans le disjoncteur) dépasse la valeur de IΔn.
Pour garantir la protection en régime TT, la sensibilité IΔnsera calculée en tenant compte de la tension limite de sécurité UL et de la valeur de la prise de terre des masses Ru comme suit :
Exemple : Pour un local de tension limite de sécurité égale à 50V et avec un DDR de sensibilité égale à 500mA, la résistance de la prise de terre doit être inférieure à 100Ω.
Le temps de déclenchement (temps de coupure) des DDR doit être inférieur aux temps prescrits par la norme NF C 15-100. Le tableau suivant donne les temps de réponse maximaux en fonction du courant de défaut pour deux types de DDR.
|
Courant de défaut Id |
IΔn |
2 IΔn |
5 IΔn |
Au-delà |
|
DDR instantanée (ms) |
340 |
140 |
40 |
40 |
|
DDR type S (sélectif) (ms) |
500 |
200 |
150 |
150 |
4. Principe de fonctionnement des DDR
Le dispositif différentiel à courant résiduel comporte un circuit magnétique en forme de tore sur lequel sont bobinés le ou les circuits de phase(s) et celui du neutre. Le schéma suivant illustre le principe de fonctionnement avec une phase.
- En l’absence de courant de fuite, les flux produits par les bobines s’annulent (i1=i2) et il ne se passe rien.
- Si un défaut d’isolement survient, un déséquilibre apparaît générant un flux magnétique dans le tore. La bobine de mesure est le siège d’une f.é.m. qui alimente un électro-aimant et entraîne le déclenchement (ouverture) du DDR.
5. Sélectivité de la protection
Une seule protection par DDR placé en tête de l’installation (à l’origine) présente l’inconvénient de couper toute l’installation électrique en cas de défaut d’isolement. Pour y remédier, on utilise d’autres DDR plus sensibles placés entre le disjoncteur général et les disjoncteurs divisionnaires.
En cas de défaut d’isolement, seul le circuit présentant le défaut sera coupé. On dit qu’il y a sélectivité de protection. Cette sélectivité dite verticale nécessite deux conditions :
- IΔn (dispositif amont) ≥ IΔn (dispositif aval).
- Temps de déclenchement(dispositif amont)> Temps de déclenchement(dispositif aval).
On utilise donc en tête de l’installation un disjoncteur général de type sélectif dont le déclenchement est retardé.
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