Rappelons que dans ce type de distribution :

le neutre du transformateur est relié directement à une prise de terre de valeur Rn

les masses d'utilisation sont reliées à une prise de terre de valeur Ru.

ETUDE D'UN DEFAUT D'ISOLEMENT

Examinons le cas où un défaut d'isolement survient entre une phase et la masse métallique du récepteur.

Le courant de défaut Id circule dans la phase 1 du réseau et se referme au neutre par l'intermédiaire de la résistance de défaut Rd, de la masse métallique, du conducteur de protection PE et des prises de terre Ru et Rn.

Le courant Id est égal à :

Ce courant de défaut développe une tension de défaut Uc entre masses métalliques et terre. La valeur de cette tension de défaut est :

Si cette tension de défaut devient supérieure à la tension limite de sécurité du local (25 V ou 50 V), il faut couper l'alimentation du circuit en défaut.

 Il convient de vérifier deux points :

que l'appareil chargé d'éliminer le courant de défaut déclenche bien pour ce courant

qu'il déclenche dans un temps compatible avec le temps donné par les tableaux indiquant le temps de coupure maximal du dispositif de protection.

Si le circuit en défaut est protégé contre les surintensités par un appareil de protection (fusible ou disjoncteur), celui-ci voit passer le courant d'emploi Ib plus le courant de défaut Id.

L'ordre de grandeur de Id, fait que le courant dans le disjoncteur Ib+Id se situera dans le domaine des surcharges. Ainsi le déclenchement du disjoncteur sera un déclenchement thermique. L'ordre d'ouverture sera donné dans un temps beaucoup plus grand que celui imposé par les tableaux indiquant le temps de coupure maximal du dispositif de protection.

Il faut donc un appareil autre que le système magnéto-thermique d'un disjoncteur (ou les fusibles) pour assurer la protection contre les défauts d'isolement.

PRINCIPE DES D.D.R.

Les dispositifs à courant différentiel résiduel (DDR), permettent de détecter un courant de défaut d'isolement dans une installation électrique. Ils se trouvent incorporés dans les matériels suivants :

disjoncteurs différentiels

interrupteurs différentiels

relais différentiel.

Le DDR est conçu autour d'un transformateur d'intensité qui enserre les conducteurs actifs (phases et neutre).

Dans le cas d'un circuit sans défaut, la somme vectorielle , il n'y a donc pas de courant dans la bobine de détection.

Lors d'un défaut la somme vectorielle , il apparaît donc un courant dans la bobine de détection proportionnel au courant de défaut Id. La bobine alimente un dispositif à seuil de courant qui donnera l'ordre de déclenchement à l'appareil de coupure (interrupteur, disjoncteur).

Le seuil de réglage est appelé IDn. La norme de construction des DDR (NF C 61-140) tolère une zone dans laquelle, le système différentiel peut ou non déclencher. Cette zone est fonction du courant de défaut Id et du seuil du DDR IDn.

si Id > IDn : déclenchement obligatoire du DDR

: pas de déclenchement du DDR.

pour Id compris entre ces deux valeurs, le DDR peut ou non déclencher.

Toute installation électrique présente :

des courants de fuite permanents à la terre. Ces courants sont dus pour une part importante à la capacité des lignes et aux capacités de filtrage reliées à la masse des récepteurs électroniques. Les courants de fuite permanents en aval d'un DDR doivent faire l'objet d'une évaluation. La limitation de ces courants à 0,25 fois IDn, par subdivision des circuits, élimine en principe tout problème de déclenchement intempestif. On peut estimer ces courants à :

1,5 mA / 100 m pour les lignes

1 mA par filtre.

des courants de fuite transitoires à la terre. Ces courants sont dus pour une part importante à la mise sous tension des capacités de filtrage mentionnées ci dessus et aux surtensions sur le réseau (foudre...). Tout DDR installé doit avoir un niveau d'immunité minimal aux déclenchements indésirables. Les DDR qui admettent les courants transitoires sans déclencher sont dits de type sélectif ( "type S" ), il porte le symbole suivant :

DETERMINATION DU SEUIL DE REGLAGE DES DDR

Adjoignons un DDR au disjoncteur Q.

Le seuil auquel le DDR devra être réglé est :

L'utilisation de DDR haute sensibilité (30 mA) est obligatoire dans les cas suivants :

circuits socles prises de courant jusqu'à 32 A

tous circuits alimentant les salles d'eau et piscines

toutes installations de chantiers, caravanes, bateaux, installations foraines...

Les locaux classés à risque d'incendie doivent être protégés en tête de local par un DDR de sensibilité au plus de 500 mA.

Mise sous une autre forme, la relation vue précédemment nous donne la valeur maximale de la prise de terre de l'installation Ru, connaissant le seuil du DDR IDn :

 C'est à partir de cette dernière équation que sont établis les tableaux indiquant la résistance maximale de la prise de terre en fonction de la sensibilité du DDR et de la tension limite de sécurité.

PRISE DE TERRE DE L'INSTALLATION

Regardons la valeur de la tension de contact Uc en cas de défaut d'isolement :

Cette équation nous indique que plus le rapport Rn / Ru est grand, moins les potentiels de contact sont élevés. Pour obtenir Rn / Ru le plus grand possible, Il convient donc d'avoir une bonne prise de terre de l'installation Ru ayant la résistance la plus faible possible.

EMPLACEMENT DES DDR

Si toutes les masses sont interconnectées sur la même prise de terre un seul DDR en tête est le minimum imposé par la norme.

Si l'on désire une certaine continuité de service, il faut alors ajouter des DDR sur les différents départs aval et appliquer les règles de sélectivité (voir chapitre suivant).

Il est possible de se passer du DDR de tête si :

le disjoncteur de tête et les disjoncteurs des départs principaux sont dans la même armoire.

la liaison entre le disjoncteur de tête et les disjoncteurs des départs principaux est de classe 2 (sous conduit isolant).

Dans les deux cas les disjoncteurs des départs principaux doivent être équipés de DDR. Nous réalisons ainsi une sélectivité horizontale.

SELECTIVITE ENTRE DDR

Equipons de DDR les disjoncteurs Q1, Q2 et Q3.

En cas de défaut sur le premier récepteur les DDR de Q1 et de Q2 sont traversés par le même courant de défaut. Il est donc impératif d'avoir une sélectivité entre ces deux appareils si l'on désire avoir une continuité de service.

Il est donc nécessaire de régler le seuil de non-fonctionnement du DDR de Q1 (IDnQ1 / 2) supérieur ou au moins égal au seuil de fonctionnement du DDR de Q2 (IDnQ2).

Plusieurs cas peuvent se produire suivant la valeur du courant de défaut :

, ni le DDR de Q1, ni le DDR de Q2 ne sont sensible.

, le seuil de fonctionnement de DDR de Q2 est peut être atteint (zone de tolérance), il y a sélectivité.

, le seuil de déclenchement du DDR de Q2 est atteint, pas celui de Q1. Il y a sélectivité.

,le DDR de Q2 déclenche et le DDR de Q1 peut déclencher car nous sommes dans sa zone d'incertitude. La sélectivité ne peut être garantie.

, les DDR de Q1 et de Q2 déclenchent, il n'y a pas sélectivité.

La sélectivité est donc limitée à des valeurs de . On dit qu'il y a sélectivité ampèremétrique partielle.

Pour obtenir la sélectivité dans tous les cas, il est nécessaire de retarder le fonctionnement du DDR de Q1. Il s'agit dans ce cas d'une sélectivité chronométrique.

Règle: pour obtenir une sélectivité verticale totale, il faut que :

le seuil du DDR amont soit au moins de deux fois le seuil du DDR aval.

le temps de non-fonctionnement du DDR amont soit supérieur ou au moins égal au temps total de coupure du DDR aval, ou alors que le DDR amont soit du type sélectif.