Sommaire
- 1. Principe
- 2. Applications
- 3. Caracteristiques principales
- 4. Technologie
1. Principe
Le principe du DDR est illustre sur la figure 1.1. La detection de la somme algebrique des courants dans les conducteurs actifs (phases et neutre) est effectuee par un capteur constitue d’un tore qui entoure tous les conducteurs actifs.
Un bobinage est realise autour du tore de maniere a detecter les variations de flux induites par le courant differentiel residuel.
En l’absence de defaut d’isolement, la somme algebrique des courants dans les conducteurs actifs est nulle et le tore n’est soumis a aucun flux.
En cas de defaut d’isolement, cette somme n’est plus nulle et le courant de defaut induit dans le tore un flux qui genere un courant dans sa bobine.
Ce courant est redresse, filtre et amplifie. Si le signal obtenu est superieur a un certain seuil, une temporisation est lancee (elle peut etre nulle pour une reaction instantanee).
Si le defaut est toujours present a la fin de la temporisation, l’ouverture d’un dispositif de commande est declenchee.
Figure 1.1 – Principe du DDR
2. Applications
2.1. Protection complementaire contre les contacts directs
Un DDR a la possibilite de detecter de faibles courants de fuite, susceptibles de traverser le corps d’une personne. Il permet donc d’assurer une protection complementaire en cas de defaillance des moyens normaux de protection (par exemple : isolant vieilli ou blesse, imprudence, …). Cette protection est aussi parfois appelee protection ultime car elle permet d’interrompre le courant alors que les autres dispositions sont defaillantes.
L’utilisation d’un DDR 30 mA sur tous les circuits de prise de courant jusqu’a 20 A, est desormais obligatoire, selon la CEI 60364–4–41 (Installations electriques a basse tension – Partie 4–41 : Protection pour assurer la securite – Protection contre les chocs electriques).
Il faut garder en memoire qu’un DDR ne limite pas le courant instantane qui traverse le corps mais limite le temps pendant lequel le corps est traverse par le courant.
A noter egalement qu’en cas de contact direct avec un conducteur de phase en 230 V, le courant qui circulerait s’etablirait au voisinage de 150 mA. Un DDR de sensibilite 10 ou 30 mA laisse passer le meme courant.
Ces deux sensibilites apportent une protection equivalente. Le seuil de 30 mA permet de beneficier d’un bon compromis economique entre securite et continuite de service : il est possible d’alimenter en aval d’un DDR plusieurs charges ou circuits tant que le courant de fuite ne fait pas declencher le DDR. Pour un meme courant de fuite, abaisser le seuil necessite d’augmenter le nombre d’appareils de protection.
2.2. Protection contre les contacts indirects
L’utilisation d’un DDR est la seule solution pour assurer la protection contre les contacts indirects en TT, car le courant de defaut dangereux est trop faible pour etre detecte par les dispositifs de protections de surintensite.
C’est egalement une solution de simplicite en TN-S ou IT. Par exemple, lorsque le cable d’alimentation est de grande longueur, la faible valeur du courant de defaut rend difficile le reglage des protections de surintensite.
A fortiori, lorsque le cable est de longueur inconnue, le calcul du courant de defaut est impossible et l’utilisation d’un DDR est la seule solution envisageable. Dans ces conditions, le seuil de declenchement du DDR sera ajuste a un seuil pouvant atteindre quelques amperes ou dizaines d’amperes par exemple.
2.3. Protection contre les risques d’incendie
La norme CEI 60364–4–42 (Installations electriques des batiments –Partie 4–42 : Protection pour assurer la securite – Protection contre les effets thermiques) reconnait egalement l’efficacite des DDR pour assurer la protection contre les risques d’incendie, en imposant l’utilisation de tels dispositifs avec un seuil de declenchement au plus egal a 500 mA. Ce seuil devrait dans un avenir proche etre ramene a 300 mA, comme deja preconise par certaines normes nationales telle la NF C 15–100 en France.
3. Caracteristiques principales
Les DDR doivent etre choisis en fonction du type de charge alimentee. Cette recommandation concerne en particulier les dispositifs a semiconducteurs, pour lesquels les courants de defauts ne sont pas toujours sinusoidaux.
3.1. Types AC, A, B
La norme CEI 60755 (Regles generales pour les dispositifs de protection a courant differentiel residuel) definit 3 types de DDR, suivant les caracteristiques des courants de defaut.
- Type AC
- Type A
- pour des courants differentiels alternatifs sinusoidaux,
- pour des courants differentiels continus pulses;
- pour des courants differentiels continus pulses avec une composante continue de 0,006 A avec ou sans controle de l’angle de phase, independamment de la polarite.
- Type B
- comme dans le cas du type A;
- pour des courants differentiels sinusoidaux jusqu’a 1000 Hz,
- pour des courants differentiels sinusoidaux superposes a un courant continu pur,
- pour des courants continus pulses superposes a un courant continu pur,
- pour des courants differentiels qui peuvent provenir de circuits redresseurs c’est-a-dire :
- redresseur triphase simple alternance ou pont redresseur triphase double alternance,
- pont redresseur double alternance entre phases, avec ou sans controle de l’angle de phase, independamment de la polarite.
Dispositifs differentiels pour lesquels le declenchement est assure pour des courants differentiels alternatifs sinusoidaux.
Dispositif differentiel pour lequel le fonctionnement est assure :
Dispositif pour lequel le fonctionnement est assure :
Certains dispositifs electroniques peuvent generer des courants de defaut dont la forme n’est pas decrite par les definitions precedentes.
3.2. Sensibilite
La sensibilite d’un DDR s’exprime par son «courant differentiel de fonctionnement assigne».
Des valeurs preferentielles ont ete definies par la CEI, ce qui permet de repartir les DDR en 3 groupes suivant leur valeur:
- haute sensibilite (HS) : 6–10–30 mA,
- moyenne sensibilite (MS) : 0,1–0,3–0,5–1 A,
- basse sensibilite (BS) : 3–10–30 A.
Les DDR a usage domestique ou analogue sont uniquement a haute ou moyenne sensibilite. Il est evident que la Haute Sensibilite (HS) est utilisee le plus souvent en protection contre les contacts directs et que la MS et en particulier les valeurs 300 et 500 mA sont indispensables pour la protection incendie. Les autres sensibilites (MS et BS) permettent de repondre a d’autres besoins tels que la protection contre les contacts indirects (obligatoire en schema TT), ou la protection des machines.
3.3. Temps de declenchement
Les effets des courants electriques sont fonctions de leur amplitude et de leur duree. Les temps de reaction des DDR ont donc ete precises dans les normes dites «de produits» :
- CEI 61008: «Interrupteurs automatiques a courant differentiel residuel pour usages domestiques et analogues sans dispositif de protection contre les surintensites incorpore (ID)»,
- CEI 61009 «Interrupteurs automatiques a courant differentiel residuel avec protection contre les surintensites incorporee pour installations domestiques et analogues (DD)»,
- CEI 60947–2, annexe B : «Appareillage a basse tension – Disjoncteurs a protection incorporee par courant differentiel residuel»,
- CEI 60947–2, annexe M : «Appareillage a basse tension – Dispositifs modulaires a courant differentiel residuel – MRCD (non integres a un dispositif de coupure de courant)».
Les valeurs normalisees des temps de fonctionnement sont indiquees dans le tableau de la figure 3.1 et sur les courbes, pour des appareils de type G et S :
- G (general) pour les DDR instantanes,
- pour les DDR dits «selectifs» avec un niveau de temporisation le plus faible (par exemple employe en France pour les disjoncteurs de branchement).
Figure 3.1 – courbes de temps de fonctionnement maximal pour disjoncteur ou interrupteur differentiel «S» et pour usage general instantane «G».
Le tableau 3.1 – Valeurs normalisees du temps de fonctionnement maximal et du temps de non fonctionnement selon la CEI 61008.
4. Technologie
4.1. Classification des DDR selon leur mode d’alimentation:
«A propre courant», ou : «fonctionnellement independant de la tension d’alimentation». C’est un appareil dont l’energie de declenchement est fournie par le courant de defaut.
Ce mode d’alimentation tres sur est preconise en secteur residentiel ou pour des applications similaires lorsque l’utilisateur du circuit n’est pas averti ou conscient des dangers de l’electricite.
De nombreux pays, et notamment en Europe, reconnaissent l’efficacite de ces dispositifs pour les installations residentielles et analogues (normes EN 61008 et 61009).
«A source auxiliaire» ou : «fonctionnellement dependant de la tension d’alimentation». C’est un appareil dont l’energie de declenchement necessite un apport d’energie independant du courant de defaut. La source est generalement le circuit controle. Ainsi, lorsque ce circuit est sous tension le DDR est alimente.
En absence de tension, le DDR n’est pas actif mais il n’y a pas de danger. Les appareils sont concus de maniere a fonctionner malgre les baisses de tension tant que la tension de contact a la possibilite de depasser 50 V (tension limite de securite). Cette condition est remplie si un appareil fonctionne toujours en etant seulement alimente par 2 phases, avec une baisse de tension jusqu’a 85 V entre phases. C’est le cas avec les blocs Vigi, DDR associes aux disjoncteurs «Compact» de la marque Merlin Gerin.
Les DDR font l’objet d’une distinction complementaire vis-a-vis de leur alimentation selon que leur fonctionnement est, ou non «a securite positive».
Sont consideres comme des appareils a securite positive deux types d’appareils :
- Ceux dont le declenchement ne depend que du courant de defaut : tous les appareils «a propre courant» sont des appareils a securite positive,
- Et ceux, plus rarement utilises, qui se placent automatiquement en position de declenchement (position de securite) lorsque les conditions ne sont plus reunies pour garantir le declenchement en presence du courant de defaut (par exemple une baisse de tension jusqu’a 25 V).
Remarques :
La CEI 60364, § 531–2–2–2 indique pour les dispositifs avec source auxiliaire qui ne sont pas a securite positive : «Leur utilisation est permise s’ils sont installes dans les installations exploitees, essayees et verifiees par des personnes averties ou qualifiees».
La norme NF C 15–100 § 531.2.2.2 precise encore qu’ils ne doivent pas etre utilises dans les installations des locaux d’habitation ou dans des utilisations analogues.
La technologie «a propre courant», dont le fonctionnement est independant des conditions d’alimentation du circuit protege, est particulierement adaptee et performante pour la construction des DDR a haute sensibilite en milieu domestique ou pour les circuits terminaux pour lesquels le rearmement est destine aux personnes non averties pour les raisons suivantes :
- Les circuits terminaux sont exploites et parfois installes par des personnes non averties (sans connaissance de l’installation, sans connaissance des risques encourus),
- Les circuits terminaux sont generalement des circuits monophases phase + neutre (on trouve parfois des circuits biphases),
- Cette technologie permet de continuer d’assurer la protection, meme en cas de coupure du neutre ou d’un conducteur de phase en amont du DDR,
- Les appareils fonctionnent meme en cas de baisse de tension jusqu’a 0 V,
- Pour la protection complementaire contre les contacts directs, le DDR haute sensibilite est reconnu efficient en cas de defaillance du PE (PE inexistant, non relie ou rompu). Cette technologie offre un avantage supplementaire en cas d’elevation significative de la resistance de terre au-dessus de 500 ? (installation vieillissante, periode de secheresse, corrosion au niveau de la prise de terre....) car certains DDR «a source auxiliaire» alimentes entre phase et PE ne fonctionnent pas correctement dans ce cas,
- Cette technologie est particulierement robuste car aucun composant electronique n’est connecte en permanence sur le reseau. Il en resulte une excellente insensibilite aux surtensions et au vieillissement des composants. (Les composants electroniques quand il y en a, sont connectes au secondaire du capteur de courant homopolaire et ne sont donc sollicites qu’en cas de defaut et sous tres basse tension),
- Cette robustesse s’avere bien adaptee aux installations non surveillees comme c’est generalement le cas en domestique.
Figure 4.1 – le courant de defaut, par l’intermediaire du tore, fournit l’energie d’un signal transmis a un electroaimant dont la partie mobile est maintenue «collee» par un aimant permanent. Lorsque le seuil de fonctionnement est atteint l’electro-aimant annihile l’attraction de l’aimant permanent, la partie mobile tiree par un ressort ouvre alors le circuit magnetique et commande mecaniquement l’ouverture du disjoncteur.
Figure 4.2 – Exemples de DDR «a propre courant» et «a source auxiliaire».
4.2. Test de bon fonctionnement
Un DDR est un appareil de securite. Quelque soit la technologie utilisee, il est donc important qu’il dispose d’un dispositif de test. Si les dispositifs a propre courant apparaissent comme les plus surs, la mise en oeuvre de la securite positive avec les autres sources d’energie a «source auxiliaire» confere aux DDR une securite accrue qui ne doit cependant pas faire oublier la pratique du test periodique.
Pourquoi tester periodiquement des DDR ?
Dans les faits, la securite positive parfaite, notamment sur le plan du defaut interne n’existe pas. C’est pourquoi, en France, les DDR utilisant une source auxiliaire sont reserves aux installations industrielles et grand tertiaire et les DDR a propre courant aux installations domestiques et analogues, ce qui est bien en accord avec leurs possibilites intrinseques evoquees ci-dessus.
Dans tous les cas, le test periodique est a preconiser pour mettre en evidence un eventuel defaut interne.
Principe Il consiste a generer un courant qui ne va circuler que dans un seul des conducteurs actifs entoures par le tore, comme illustre sur la figure 4.3 . La resistance est determinee de maniere a faire circuler un courant suffisant pour faire declencher le DDR, en tenant compte d’eventuels courants de fuite qui pourraient se soustraire a ce courant. La valeur maximale admise est de 2,5 fois (pour un appareil a seuil reglable, est la plus petite valeur possible).
Ce principe de test est tres repandu, car il permet de verifier l’ensemble de la chaine : tore – relais – appareil de coupure. Le principe de test evoque ci-dessus est utilise sur les prises de courant differentielles, les interrupteurs et disjoncteurs differentiels.
En ce qui concerne les relais differentiels a tore separe le meme principe est parfois retenu. Les relais Vigirex de la marque Merlin Gerin par exemple, ont la fonction test incorporee et, de plus, controlent en permanence la continuite du circuit de detection (liaison tore – relais et bobinage du tore).
Figure 4.3 – Schema de principe du circuit de test periodique.