Catégorie : Câbles et tableaux

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Les dispositifs à courant différentiel résiduel (DDR) protègent les personnes contre les contacts indirects avec des masses en défaut. L’emploi de dispositifs différentiels à haute sensibilité 30 mA constitue également une mesure de protection complémentaire contre les contacts directs, en cas de défaillance des autres mesures de protection ou en cas d’imprudence des usagers.

Protection des personnes contre les courants indirects

En schéma TT (cas fréquent en locaux d’habitation) et en courant alternatif, la norme NF C 15-100 impose de respecter la condition : R_a x I_Δn < 50 V où R_a = résistance de la prise de terre des masses (ohms) et I_Δn = sensibilité du dispositif différentiel (mA).

Ainsi, avec un DDR de sensibilité 500 mA, la valeur maximale de résistance de la prise de terre est 100 ohms.

Selon cette équation, la mise en œuvre des dispositifs différentiels à haute sensibilité (30 mA) intervient pour des valeurs de résistance de prise de terre supérieures à 500 ohms (voir tableau).

Important : la présence d’un dispositif différentiel, quelle que soit sa sensibilité, ne dispense pas de la réalisation d’une installation de mise à la terre selon les règles de la norme NF C 15-100.

• • qui ne peuvent être reliées à la terre ou dont la liaison à la terre est incertaine (mauvais contact, desserrage de connexion, rupture de conducteur de protection, etc.) ;
  • dont la résistance de la prise de terre présente une valeur élevée qu’il est économiquement ou techniquement difficile d’améliorer.

Trois types de DDR selon la nature du courant de défaut

Il existe différents types de DDR permettant de répondre aux différents besoins de protection et de continuité de service.

Selon le type de matériels mis en œuvre dans l’installation, la nature des courants de défaut à la terre peut être différente. Pour assurer la protection dans ces conditions, on utilise donc des DDR, soit de type AC, soit de type A, soit de type B.

 Les dispositifs différentiels à haute sensibilité assurent une protection complémentaire contre les contacts directs (contact accidentel d’une personne avec un conducteur normalement sous tension), notamment en cas :

• de défaillance des autres mesures de protection ;
• d’imprudence des usagers, par exemple en cas de contact avec un câble mal isolé ou lorsqu’un enfant introduit une tige métallique dans une prise de courant.

Pour en savoir plus :

• Dispositifs différentiels à haute sensibilité 30 mA, choix de l’appareil différentiel : interrupteur ou disjoncteur ?
• Dispositifs différentiels à haute sensibilité 30 mA – Exemple d’emploi des DDRHS 30 mA

L’interrupteur différentiel remplit deux fonctions : une fonction manuelle de commande (mise en ou hors tension de la partie d’installation à l’origine de laquelle il est placé) ; et une fonction automatique de protection des personnes (déclenchement en cas de défaut d’isolement à la terre dans l’installation ou dans un appareil d’utilisation, ainsi qu’en cas de contacts directs pour les interrupteurs différentiels 30 mA).

Le disjoncteur différentiel remplit, en plus des fonctions de l’interrupteur différentiel, celle de protection contre les surintensités (surcharges et courts-circuits).

Exemple de disjoncteur différentiel 16 A courbe c à haute sensibilité (30 mA) de type AC. Source : Hager.

Exemple d’interrupteur différentiel bipolaire 40 A à haute sensibilité (30 mA) de type AC. Source : Legrand.

Un déclenchement instantané

Les DDRHS 30 mA se déclenchent instantanément, dès l’apparition d’un courant de défaut. Leur temps maximal de déclenchement est de 40 ms pour un courant de défaut au moins égal à cinq fois leur sensibilité.

Or, le courant de fuite d’un appareil de classe I est en état normal de 0,5 mA à 1 mA par kW, mais peut atteindre 3,5 mA par kW après vieillissement.

Des dispositions sont donc à prendre pour éviter qu’un dispositif différentiel à haute sensibilité ne fonctionne de façon intempestive, même en l’absence de défaut d’isolation. Ces dispositions sont les suivantes :

• limiter le nombre de socles de prise de courant protégés par un même dispositif différentiel ;
• utiliser des appareils de classe II ;
• alimenter individuellement chaque socle de prise de courant par l’intermédiaire d’un transformateur de séparation des circuits.

Pour protéger les circuits où une continuité de l’alimentation est souhaitable (par exemple, un congélateur), il existe des DDR à immunité renforcée : ils limitent le risque de déclenchement intempestif dû aux perturbations électromagnétiques conduites par le réseau ou générées par certains récepteurs (micro-informatiques, ballasts électroniques, électronique de puissance…).

Notion de sélectivité

Une sélectivité entre DDR disposés en série à différents niveaux de la distribution est nécessaire de façon à n’éliminer, en cas de défaut d’isolement, que la partie d’installation où se trouve ce défaut. En local d’habitation, une sélectivité à deux niveaux est le plus souvent mise en œuvre entre le disjoncteur de branchement différentiel de type S (sélectif) et les différents DDR 30 mA disposés en aval.

Pour en savoir plus :

• Dispositifs différentiels à haute sensibilité 30 mA, pour une protection optimale
• Dispositifs différentiels à haute sensibilité 30 mA – Exemple d’emploi des DDRHS 30 mA

Le guide comporte à ce sujet une annexe informative très détaillée sur la base de tableaux et de schémas. De nombreuses précisions sont données quant aux emplacements et aux dimensions des saignées. Il est fait référence à plusieurs reprises aux DTU (documents techniques unifiés) appropriés.

Il est interdit de pratiquer des saignées dans les éléments de gros œuvre porteurs (poteaux, poutres, éléments précontraints, planchers…), à l’exception toutefois des murs porteurs en éléments de maçonnerie. Pour les éléments de gros œuvre non pris en compte dans la stabilité du bâtiment (murs non porteurs, cloisons, gaines techniques), les canalisations peuvent être noyées ou encastrées dans une saignée après réalisation de l’ouvrage.

Cas des murs porteurs en béton : l’incorporation de canalisations, gaines, fourreaux dans un mur en béton lors de sa construction doit satisfaire aux spécifications suivantes :

• être situés entre les nappes d’armature (lorsqu’elles existent) de chacune des deux faces ;
• permettre un enrobage par le béton au moins égal au diamètre de la plus grosse gaine, avec un minimum de 4 cm ;
• au droit des croisements ou empilages localisés, ne pas occuper plus de la demi-épaisseur et permettre un bétonnage correct des zones de concentration ponctuelle de gaines au voisinage des raccordements dans les boîtiers.

Cas des murs porteurs en éléments de maçonnerie: de façon générale, saignées et réservations ne doivent pas dégrader la résistance du mur, ni son étanchéité lorsqu’il s’agit de murs donnant sur l’extérieur. Les tableaux A.2 et A.3 du guide donnent les tailles maximales, admises sans calcul, des saignées et réservations dans le cas de murs porteurs réalisés en éléments de maçonnerie (voir encadré ci-dessous).

Saignées verticales et horizontales

Concernant les murs porteurs en éléments de maçonnerie, pour les saignées réalisées après construction, deux cas sont considérés :

• Saignées verticales : une saignée verticale de profondeur maximale 30 mm et de largeur maximale 100 mm est admise sans limitation de   hauteur. Des saignées verticales qui ne s’étendent pas sur plus d’un   tiers de la hauteur d’étage au-dessus du niveau du plancher peuvent avoir une profondeur jusqu’à 80 mm et une largeur jusqu’à 120 mm si l’épaisseur du mur est de 225 mm ou plus. Le tableau A.2 précise la taille des saignées et des réservations verticales en maçonnerie, admises sans calcul.

• Saignées horizontales et parallèles aux arêtes des parois : lorsqu’il n’est pas possible de les éviter, il convient de localiser les saignées sur 1/8 de la hauteur d’étage du mur, au-dessus ou au-dessous du niveau   du plancher, et la profondeur totale, y compris celle d’un trou atteint lors   de l’exécution de la saignée, est généralement inférieure à la taille maximale indiquée au tableau A.3 du guide.

Exemples de saignées verticales et horizontales dans les murs non porteurs en éléments de maçonnerie, cloisons de distribution et doublages. Sont interdites : les saignées obliques, deux saignées verticales sur un même axe ou deux saignées horizontales sur les deux faces d’une même cloison.

Cas des murs non porteurs : la pose, lors de la construction, de canalisations électriques n’est autorisée que pour des cloisons constituées de briques à 1, 2 ou 3 alvéoles dans le sens de l’épaisseur, quelle que soit cette épaisseur, et seulement pour des parcours horizontaux. Les canalisations doivent être exclusivement logées dans les vides longitudinaux constitués par les alvéoles en prolongement les uns des autres. Concernant la pose dans une saignée faite après construction, plusieurs nouveautés apparaissent :

• en tracé horizontal, la saignée ne peut être exécutée que sur une longueur de 0,50 m de part et d’autre de l’intersection de deux cloisons ou d’une cloison et d’un mur, et sur une longueur de 1 m de part et d’autre d’une saignée verticale ;
• en tracé vertical, une saignée ne peut dépasser 1,30 m au-dessus du sol fini (1,20 m dans l’ancien guide). Dans une même cloison, la distance horizontale entre les axes de deux saignées verticales est d’au moins 1,60 m (1,50 m dans l’ancien guide) (voir figure 3). Le tableau A.4 du guide précise le diamètre maximal des conduits pouvant être noyés dans les cloisons non porteuses d’épaisseur finie inférieure ou égale à 120 mm.

Les espaces entre plaques de parements en plâtre ou autres matériaux composites sont des vides de construction. Seul ce mode de pose est autorisé dans ce cas. Il est interdit de perforer les montants.

• être situés entre les nappes d’armature (lorsqu’elles existent) de chacune des deux faces ; au droit des croisements ou empilages localisés, ne pas occuper plus de la demi-épaisseur et permettre un bétonnage correct des zones de concentration ponctuelle de gaines au voisinage des raccordements dans les boîtiers.
• permettre un enrobage par le béton au moins égal au diamètre de la plus grosse gaine, avec un minimum de 4 cm ;

Cas du dallage en béton coulé en place : dans le cas où les canalisations sont placées sous le dallage avant sa construction, la distance entre leur génératrice supérieure et la sous-face du dallage doit être au moins égale à leur diamètre majoré de 50 mm. Dans le cas où les canalisations sont incorporées dans le dallage lors de sa construction :

• leur diamètre ne doit pas excéder 1/5 de l’épaisseur du dallage dans la zone considérée;
• leur enrobage en partie supérieure doit au minimum être de deux fois leur diamètre, sans être inférieur à 50 mm. Rappelons que les câbles chauffants ne peuvent être incorporés que dans les dallages exécutés en béton armé.

Quatre caractéristiques définissent un dispositif à courant différentiel résiduel (DDR). Quels sont-ils ?

Indiqué en A, il doit être au moins égal au courant d’emploi du circuit dans lequel il est installé.

• Sa sensibilité I?n (ou courant assigné de déclenchement différentiel)

Généralement indiquée en mA, c’est la plus faible valeur de courant de défaut à la terre qui doit faire fonctionner le dispositif différentiel de façon automatique.

Rappelons également qu’un dispositif différentiel ne doit pas se déclencher tant que le courant de défaut In est inférieur à (IΔn)/2.

• Son temps de déclenchement

Les DDR usuels sont instantanés. Ils se déclenchent dès l’apparition d’un courant de défaut. Leur temps maximal de déclenchement est de 40 ms pour un courant de défaut au moins égal à cinq fois leur sensibilité.

Afin d’assurer une certaine sélectivité au sein des installations, il existe des DDR retardés. Ainsi, en présence d’un courant de défaut susceptible de provoquer son ouverture, un DDR de type S ne réagit pas pendant au moins 40 ms. Cependant, pour garantir la protection des personnes contre les contacts indirects, son temps de déclenchement est au maximum de 150 ms pour un courant de défaut à la terre au moins égal à cinq fois sa sensibilité. Ces DDR de type S n’existent pas en haute sensibilité (30 mA).

Parmi les DDR à déclenchement instantané, les DDR à immunité renforcée limitent le risque de déclenchement intempestif dû aux perturbations électromagnétiques conduites par le réseau ou générées par certains récepteurs (micro-informatique, ballasts électroniques, électronique de puissance).

Ils servent habituellement à protéger des circuits où la continuité d’alimentation est souhaitable (par exemple, un congélateur).

En raison de leur temps de non-réponse, les DDR retardés de type S présentent également un très haut niveau d’immunité contre les déclenchements indésirables. Les courants transitoires à la terre n’étant pas détectés par ces DDR, ils peuvent donc notamment être installés en amont des parafoudres.

• La nature du courant de défaut

Le modèle le plus courant est le DDR de type « AC ». Il protège l’installation contre les courants de défaut alternatifs sinusoïdaux. Lorsque des matériels électriques de classe I, installés en aval d’un DDR, sont susceptibles de produire des courants de défaut à composante continue (équipement à base d’électronique de puissance, tel un lave-linge, ou une plaque de cuisson), le DDR doit impérativement être de type A. En effet, un DDR de type AC est incapable de détecter un tel courant de défaut.

Quant aux DDR de type B, ils protègent en plus contre les courants de défaut continus lisses. Ils s’emploient principalement dans l’industrie, sur des installations triphasées comportant par exemple des variateurs de vitesse ou une alimentation sans interruption (ASI).

À la recherche d’une sélectivité

Dans des installations complexes comportant notamment plusieurs niveaux de distribution, une sélectivité entre les DDR mis en œuvre est souvent recherchée. Ainsi, en cas de défaut sur une partie de l’installation, les autres parties continuent de fonctionner normalement. Pour une sélectivité totale entre deux DDR en cascade, deux conditions doivent être simultanément remplies :

• ampèremétrique : le courant différentiel assigné du dispositif amont doit être au moins le triple de celui du dispositif aval. Par exemple, un DDR de 100 mA en amont associé à un DDR de 30 mA en aval.

• chronométrique : le dispositif amont doit avoir un retard constant supérieur au temps de fonctionnement du dispositif aval. Par exemple, un DDR de type S en amont associé à un DDR instantané en aval.

En pratique, la sélectivité peut être obtenue par l’installation en cascade de DDR garantis sélectifs entre eux par les constructeurs.

La protection par coupure automatique de l’alimentation repose sur deux conditions : la constitution d’une boucle de défaut permettant la circulation d’un courant et la coupure automatique du courant de défaut par un dispositif de protection, dans un délai compatible avec la sécurité des personnes.

La protection par coupure automatique de l’alimentation repose sur deux conditions :

• La constitution d’une boucle de défaut permettant la circulation d’un courant¹. Cela nécessite la mise en œuvre de conducteurs de protection reliant les masses des matériels électriques, soit à une prise de terre (schéma des liaisons à la terre de type TT²; ou IT), soit au point neutre de l’alimentation (schéma TN).
• La coupure automatique du courant de défaut par un dispositif de protection, dans un délai compatible avec la sécurité des personnes.

Conformément à la norme NF C 15-100, en schéma TT et en courant alternatif, la condition RA x IΔn < 50 V doit être réalisée :

• RA : résistance de la prise de terre des masses ;
• IΔn est de 500 mA (650 mA pour certaines installations anciennes).

Lorsque ce disjoncteur de branchement n’est pas différentiel, cette fonction doit alors être assurée, pour l’ensemble de l’installation, par un ou plusieurs dispositifs différentiels placés en aval. Dans ce cas, la partie d’installation comprise entre le disjoncteur de branchement et ces DDR doit présenter un niveau de sécurité équivalent à celui de la classe II.

Avec un IΔn égal à 500 mA, la résistance de la prise de terre des masses doit être au plus égale à 100 ohms. Si la qualité du sol ne permet pas d’obtenir une telle valeur, la sensibilité du différentiel devra être accrue (par exemple 100 mA pour une résistance maximale de prise de terre de 500 ohms). Dans tous les cas, la tension de contact n’excédera jamais 50 V. Pour des valeurs de résistance de prise de terre supérieures à 500 ohms, des dispositifs différentiels à haute sensibilité (30 mA) doivent être mis en œuvre, à titre de mesure compensatoire.

¹ : Le courant de fuite d’un appareil de classe I est en état normal de 0,5 mA à 1 mA par kW, mais peut atteindre 3,5 mA par kW après vieillissement. Des dispositions sont à prendre pour éviter le déclenchement intempestif d’un DDR du fait de ce courant de fuite normal et en l’absence de défaut d’isolement.

² : Schéma TT : le neutre du transformateur d’alimentation est directement relié à la terre ; les masses de l’installation sont reliées à une prise de terre séparée. Schéma TN : le neutre du transformateur d’alimentation est mis directement à la terre ; les masses de l’installation sont reliées au neutre.

Schéma IT : le neutre n’est pas relié à la terre, ou bien l’est au travers d’une impédance élevée ; les masses de l’installation sont reliées à la terre.