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Le Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR)


1. Symboles et définition
2. Présentation
3. Intérêt du DDR : la protection des personnes
4. Principe de fonctionnement
5. Les caractéristiques électriques
6. Relais différentiel à tore séparé (VIGIREX)
7. Choix d'un dispositif différentiel
8. Extrait catalogue Legrand
9. Exercices d'application
10. QCM
Définitions

Dispositif Différentiel à courant Résiduel 1. Symboles et définition :

        1.1. Symboles :

animation interactive du symbole d'un dispositif différentiel à courant résiduel, symbole DDR, symbole disjoncteur différentiel, symbole interrupteur différentiel
Symboles animés d'un dispositif différentiel (disjoncteur ou interrupteur).


        1.2. Définition :

Appareil assurant la protection des personne et capable d’interrompre automatiquement un défaut d'isolement en cas de fuite à la terre du courant (par le PE) appelé courant résiduel.

L’emploi d’un dispositif différentiel nécessite impérativement :
      - La présence d’une prise de terre dans l’installation.
      - La mise des masses d’appareillage à la terre.

Le DDR (Dispositif Différentiel à courant Résiduel) peut être soit un disjoncteur soit un interrupteur.
L'avantage d'un disjoncteur différentiel par rapport à un interrupteur différentiel c'est qu'il assure également la protection du matériel contre les défauts de surintensités (voir le cours sur le disjoncteur).



Dispositif Différentiel à courant Résiduel 2. Présentation :

        2.1. Vue extérieure de dispositif différentiel à courant résiduel :

Sur l'animation ci-dessous, vous pouvez choisir le type de différentiel (disjoncteur ou interrupteur), afficher le symbole, déterminer les caractéristiques électriques du DDR.
Le matériel et le symbole sont interactifs.
animation interactive d'un disjoncteur ou interrupteur différentiel (DDR) avec choix du calibre et de la sensibilité avec le symbole.
Vue extérieure d'un dispositif différentiel (disjoncteur ou interrupteur).


        2.2. Vue intérieure de DDR :

animation interactive constitution intérieur d'un interrupteur différentiel Hager.
Vue intérieure d'un dispositif différentiel (Interrupteur différentiel Hager).
animation interactive d'une vue intérieure d'un disjoncteur différentiel.
Vue intérieure d'un dispositif différentiel (disjoncteur différentiel Legrand).


Dispositif Différentiel à courant Résiduel 3. Intérêt du DDR : la protection des personnes :

Si on prend l'exemple d'une machine à laver protégée par un disjoncteur magnéto-thermique de calibre 20A.
Cette machine possède une masse électrique (carcasse métallique) susceptible d'être touchée par une personne, qui n'est pas normalement sous tension.
La masse métallique de la machine doit être raccordée à la prise de terre par l'intermédiaire du fil vert/jaune (PE : Protection Equipotentiel).
Si cette machine à laver présente un défaut d'isolement cela signifie qu'un conducteur actif (Phase ou Neutre) entre en contact avec la masse électrique de l'appareil.

Le risque survient si une personne touche la carcasse métallique de la machine à laver, son corps va être parcouru par un courant dit de fuite à la terre (IF).
Le courant IL arrivant de la Phase qui entre dans le récepteur est différent de celui qui ressort par le conducteur de Neutre courant IN, en effet il y a un courant de fuite à la terre courant IFuite :
formule de détermination du courant de fuite à la terre.
Formule interactive détermination du courant de fuite à la terre.
A cause de la résistance de la terre, ou si le défaut n’est pas franc, les systèmes de protection contre les surintensités disjoncteur ou fusible ne fonctionnent pas.
Il y a risque d’électrocution par contact indirect pour la personne.
La solution est d'installer un Dispositif Différentiel à courant Résiduel.

Dispositif Différentiel à courant Résiduel 4. Principe de fonctionnement :

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.
vue intérieure d'un circuit magnétique en forme de tore d'un différentiel.
Vue intérieure d'un tore (source Schneider).
    - En l’absence de courant de fuite ou courant résiduel de défaut les flux produits par les bobines s’annulent, il ne se passe rien.
    - Si un défaut d’isolement survient, un déséquilibre apparaît génèrant un flux magnétique dans le tore.
La bobine de mesure est le siège d’une force électromotrice (f.e.m.) qui alimente un petit électro-aimant (IRelais) et entraîne le déclenchement (ouverture) du D.D.R..
animation interactive présentant comment fonctionne un dispositif différentiel à courant résiduel
Principe animé du fonctionnement d'une DDR (Disjoncteur ou interrupteur).
Le contrôle et test de la conformité d'un dispositif différentiel (DDR) avec un Saturn100+ ou CA61150n.   logo new



Dispositif Différentiel à courant Résiduel 5. Les caractéristiques électriques :

Toute installation électrique domestique doit être protégée par un dispositif différentiel à courant résiduel (NF C 15-100).

          5.1. Tension d’emploi - tension nominale en Volt :

    - Monophasé : 230 V ~
    - Triphasé : 400 V ~


          5.2. Le Courant nominal (In) - Courant assigné :

Le calibre correspond à l'intensité nominale (IN) circulant dans le circuit.
Pour un dispositif différentiel le courant nominal va de 2 à 63 A.
      - Exemples de calibres rencontrés : 2 – 3 – 6 – 10 – 16 – 20 – 25 – 32 A – 40 – 63 A

          5.3. Le nombre de pôles :

La protection différentielle repose sur la comparaison du courant entrant dans le DDR (Phase) et le courant sortant du DDR (Neutre) de ce fait il ne peut pas être unipolaire.
      - Uni+Neutre : 1 pôle + N (1 Phase et 1 Neutre).
      - Bipolaire : 2 pôles (2 Phases).
      - Tripolaire : 3 pôles (3 Phases).
      - Tétrapolaire : 3 pôles + N (3 Phases et 1 Neutre).

          5.4. Mode raccordement :

- Bornier raccordement à vis nécessitant l'utililisation d'un tournevis.
- Bornier raccordement automatique, plus rapide à relier.
- Arrivée par le haut et départ par le haut (utilisation de peignes) raccordement arrivée par le haut, départ par le haut.
- Arrivée par le haut et départ par le bas raccordement arrivée par le haut, départ par le bas.

          5.5. Type de DDR :

Il existe différents types de différentiels en fonction des courants qu'ils peuvent détecter :
Type AC ddr type AC: ne détecte que les courants résiduels alternatifs sinusoïdaux 50Hz (classiques).

Type A ddr type A: en plus des caractéristiques du AC, il détecte aussi les courants résiduels à composante continue. A utiliser à chaque fois que des courants de défauts ne sont pas sinuoïdaux par exemple :
    - Dans l'habitat : circuit cuisinière ou plaque de cuisson, circuits spécialisés, lave-linge (NF C 15-100).
    - Dans les autres installations sur les circuits où du matériels de Classe 1 matériel classe 1 sont susceptibles de produire des courants de défauts à composante continue, variateurs de vitesse avec convertisseur de fréquence... .

Type HI ou Hpi ou Si ddr type Hpi: il comporte une immunisation complémentaire aux déclenchements intempestifs, il détecte les courants résiduels à composante alternative et continue (Type A). Ils fonctionnent de -25°C à +40°C et s'utilise dans les cas spéciaux (NF C 15-100) :
    - Où la perte d'information est préjudiciable comme les lignes d'alimentation de matériels informatique (banque, instrumentation de base militaire, centre de réservation aérien...).
    - Où la perte d'exploitation est préjudiciable (machines automatisées, instrumentation médicale, circuit congélateur...).
    - Sur les lieurs où le risque de choc de foudre est élevé.
    - Sur les sites avec des lignes très perturbées (utilisation de tubes fluorescents...).
    - Sur les sites avec de grandes longueurs de câbles.

Type B ddr type B: détecte les courants résiduels à composante alternative et continue (Type A) et les défauts à courant continu lisse.
Ils sont destinés à être installer dans toutes les installations qui génèrent ou utilisent du courant continu :
    - Installation photovoltaïques, ascenseurs, machineries à variation de vitesse, centres d'appel, installations alimentant du matériel médial... .

          5.6. La sensibilité en mA : IΔn

La sensibilité c'est la valeur à partir de laquelle un courant de fuite à la terre sera détecté (détection du défaut d'isolement).
Si on reprend la formule vue précédemment :
formule de détermination du courant de fuite à la terre.
Pour assurer la protection des personnes le courant de fuite à la terre doit être supérieur à la sensibilité soit :
le courant de fuite doit être supérieur à la sensibilité pour qu'il y ait détection du défaut d'isolement.
Les sensibilités disponibles sont : 10mA, 30mA, 300mA, 500mA, 1000mA
D'après les normes de construction à 20°C les dispositifs différentiels en Basse Tension ne déclenche pas réellement à IΔn mais à partir de :
Seuil de sensibilité d'un différentiel
Prenons l'exemple d'un DDR de sensibilité 30mA cela donnera une détection à partir de 15mA.

D'après la norme NF C 15-100 tous les circuits de l' installation doivent être protégés par des Dispositifs Différentiels à courant Résiduel assigné au plus égal à 30mA.
Cette protection peut être divisionnaire pour un groupe de circuits ou individuelle pour un circuit spécialisé ou non (lave-linge, lave-vaisselle...).
Le Dispositif Différentiel à courant Résiduel DDR doit déclencher dans un temps inférieur à celui préconisé par la norme (EN 61008 Interrupteur différentiel et EN 61009 disjoncteur différentiel) :
DDR Haute Sensibilité IΔn = 30mA
Courant de défaut IF Temps maximal de déclenchement
IΔn / 2 15 mA Pas de déclenchement
IΔn 30 mA 300 ms
2 × IΔn 60 mA 150 ms
5 × IΔn 150 mA 40 ms

Infos : Les temps maximums de coupure sont définis de manière à garantir l'absence de blessure en cas de contact direct avec un conducteur sous tension.
Le Dispositif Différentiel à courant Résiduel DDR doit déclencher pour un courant compris entre 50% et 100% de sa sensibilité IΔn.
valeur de déclenchement d'un différentiel

          5.7. Différence entre Disjoncteur Différentiel et InterrupteurDifférentiel :

- Disjoncteur différentiel :
Assure la protection du matériel contre les surintensités (disjoncteur) mais aussi la protection des personnes contre les défauts d'isolement (différentiel).
Du fait de sa double fonction le disjoncteur différentiel est plus cher que l'interrupteur différentiel.
- Interrupteur différentiel :
Assure seulement la protection des personnes contre les défauts d'isolement (différentiel).


          5.8. Différentiel de type sélectif : selectif

Le DDR doit être placé en tête de l'installation (à l’origine).
Cette seule protection 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 (30 mA) placés entre le disjoncteur général et les disjoncteurs divisionnaires.
Il faut une sélectivité totale, pour cela on utilise en tête de l’installation électrique un disjoncteur général de type Sélectif selectifdont le déclenchement est retardé.
Les différentiels en tête des circuits seront de sensibilité 30mA.
En cas de défaut, seul le circuit présentant le défaut d'isolement sera coupé ainsi on évite une coupure générale de l’installation électrique.



Dispositif Différentiel à courant Résiduel 6. Relais différentiel à tore séparé (VIGIREX) :

La relais Vigirex assure la protection différentielle de installations : distribution de puissance, distribution terminale, contrôle industriel.

Il permet de protéger :
    • Les personnes contre les contacts indirects et de façon complémentaire contre les contacts directs.
    • Les biens contre les risques d'incendie.
    • Les moteurs.
    • Le conducteur de terre.

Le relais VIGIREX RHU s'installe en face avant d'un tableau.

Vigirex Merlin Gerin.
Appareil de mesure (Vigirex Scheider / Merlin Gerin).

Le relais Vigirex peut être réglé à n'importe quel seuil par pas de 1 ou 100 mA.

Le relais Vigirex doit être associé à un Tore ceci permet de :
    • Affiche le courant de fuite à la terre de l’installation.
    • Déclenche une alarme lorsque ce courant dépasse le seuil d’alarme « I alarm » pendant un temps supérieur à la temporisation d’alarme « t alarm ».
    • Provoque l’ouverture du disjoncteur de protection de l’installation (associé une bobine MN à manque de tension) lorsque le courant dépasse le seuil IΔn (de 15mA à 30A), pendant un temps > Δt.
    • Communique par sa liaison Bus Interne et permet la gestion à distance.

Le conducteur de protection PE (vert/jaune) ne doit pas être introduit dans le tore de mesure associé au relais Vigirex.
Le conducteur PE ne doit pas être placé dans le tore de mesure.




Dispositif Différentiel à courant Résiduel 7. Choix d'un dispositif différentiel :

Le choix d'une dispositif différentiel s'effectue en fonction des paramètres suivants :
    • La Protection du matériel contre les surintensités nécessaire ou non : disjoncteur ou interrupteur.
    • L'Intensité assigné des circuits à protéger.
    • La Tension du réseau et nombre de phases.
    • La tension limite conventionnelle de contact ou tension limite de sécurité notée UL :
        - 12V en milieu immergé.
        - 25V en milieu mouillé.
        - 50V en milieu sec.
    • La valeur de la résistance de terre des masses métalliques notée RA.
    • Détermination de la sensibilité du DDR :
le calcul de la sensibilité est fait à partir de la tension limite de contact divisé par la résistance de prise de terre des masses.



Dispositif Différentiel à courant Résiduel 8. Extrait catalogue Legrand :

Extrait des pages catalogues Legrand en rapport avec les dispositifs différentiel à courant résiduel (DDR)



Dispositif Différentiel à courant Résiduel 9. Exercices d'application :

          9.1. Exercice n°1 :

Dans une salle de séjour, on admet une tension limite de sécurité de 50 V.
Sachant que le dispositif différentiel à l’arrivée (disjoncteur différentiel général) est réglé à 500mA.
Calculer la résistance maximale autorisée de la prise de terre.

          9.2. Exercice n°2 :

On souhaite éclairer l'intérieur d'une piscine tension limite de sécurité 12V.
On a mesuré une résistance de terre de 40Ω.
Calculer la sensibilité du dispositif différentiel à installer sur le circuit d'éclairage de la piscine.

          9.3. Exercice n°3 :

Dans une piscine on doit alimenter 2 projecteurs de 100W.
On vous demande de choisir le transformateur de sécurité, sachant que les projecteurs doivent être alimentés en 12V (immergés).
Préciser les caractéristiques du transformateur (type d’alimentation souhaitée, tensions primaires/secondaire, puissance apparente) et la référence.

          9.4. Exercice n°4 :

On souhaite choisir un dispositif différentiel protection tête de groupe pour un circuit monophasé les caractéristiques sont les suivantes :
Protection contre les surintensités courbe de type C, le pouvoir de coupure doit être de 10kA, la sensibilité imposée est 30mA, le calibre est de 40A, le différentiel doit être de type AC, le raccordement doit se faire arrivée par le haut départ par le haut.
1. Rappeler toutes les caractéristiques nécessaires au choix du DDR.
2. Déterminer la référence du DDR.

          9.5. Exercice n°5 :

Pour un disjoncteur différentiel de 30mA et une tension limite de 12V.
Calculer la valeur de la résistance de terre admise.

          9.6. Exercice n°6 :

Dans un appartement on relève sur le disjoncteur différentiel la valeur I∆n=500mA.
Calculer les valeurs maximales de résistance de terre pour les tensions de sécurité suivantes : UL=50V, UL=25V et UL=12V.

          9.7. Exercice n°7 :

On souhaite choisir un le disjoncteur général différentiel de branchement avec une alimentation monophasé les caractéristiques sont les suivantes :
La sensibilité imposée est 500mA de type sélectif, le courant nominal sera de 60A.
1. Rappeler toutes les caractéristiques nécessaires au choix du DDR.
2. Déterminer la référence du DDR.

          9.8. Exercice n°8 :

Dans une chaufferie dont le local est humide on souhaite changer l’installation d’éclairage.
La modification sera faite avec 4 lampes 75W (alimentation monophasée).
On vous demande de choisir un transformateur de sécurité, sachant que ces lampes doivent être alimentées en 24V.
Préciser les caractéristiques du transformateur (type d’alimentation souhaitée, tensions primaires/secondaire, puissance apparente) et la référence.

          9.9. Exercice n°9 :

On souhaite choisir un dispositif différentiel pour un circuit monophasé les caractéristiques sont les suivantes :
Pas de protection contre les surintensités, la sensibilité imposée est 30mA, le courant nominal est 25A, le différentiel doit être de type A, le raccordement doit se faire arrivée par le haut départ par le bas.
1. Rappeler toutes les caractéristiques nécessaires au choix du DDR.
2. Déterminer la référence du DDR.

          9.10. Exercice n°10 :

Dans une piscine on doit alimenter 4 projecteurs de 150W.
On vous demande de choisir le transformateur de sécurité, sachant que les projecteurs doivent être alimentés en 12V (immergés).
Préciser les caractéristiques du transformateur (type d’alimentation souhaitée, tensions primaires/secondaire, puissance apparente) et la référence.

          9.11. Exercice n°11 :

Cliquer sur le lien pour visualiser l'exercice.



Dispositif Différentiel à courant Résiduel 8. QCM :

Quizz de connaissance sur le différentiel.




Dispositif Différentiel à courant Résiduel Définitions :

Classe 1 : Appareil possédant une prise de terre à laquelle sont reliées les parties métallique, son logo est : matériel classe 1.


Tension limite conventionnelle de contact : Valeur maximale de la tension de contact qu'il est admis de pouvoir maintenir indéfiniment.
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