Qu'est-ce qu'un disjoncteur différentiel : dispositif, principe de fonctionnement, types existants et marquage du DDR

Tout réseau électrique doit être équipé d'un dispositif de protection, mais tout le monde ne sait pas ce qu'est un DDR ni quel est son principe de fonctionnement. L'abréviation signifie « dispositif différentiel résiduel ».

Cet appareil électrique basse tension est conçu pour couper la section protégée du circuit lorsqu'un courant différentiel dépasse la valeur nominale de cet appareil.

Dans cet article, nous nous efforcerons d'analyser en détail la structure et le principe de fonctionnement du DDR, d'examiner les variétés existantes et de comprendre les informations contenues dans le marquage des dispositifs de protection différentielle.

Objectif de l'appareil de protection

Le circuit de mise à la terre du DDR est un conducteur PE des boîtiers ou des pièces conductrices neutres des mécanismes électriques, dont la résistance ne dépasse pas 4 ohms.

En cas de courant de fuite, ces éléments de l'équipement peuvent être sous tension, ce qui présente un danger pour la vie des personnes et des animaux qui les touchent, ainsi que pour les biens en général.

Sauver des chocs électriques : telle est la vocation de ces appareils de surveillance. Lorsqu'ils détectent un courant de fuite, ils coupent la tension.

Le plus grand danger réside dans le fait que ces défauts dans le circuit sont invisibles et rarement perceptibles, lorsque l'on peut ressentir une légère décharge électrique en touchant l'appareil.

La principale cause de ce phénomène est la détérioration de la couche isolante du câblage. Les processus incontrôlés peuvent causer des dommages importants, c'est pourquoi les équipements de protection gagnent en popularité dans les environnements domestiques.

L'effet des réseaux conducteurs sur le corps humain peut avoir des conséquences désastreuses. Ce problème a été résolu grâce aux dispositifs de mesure et de contrôle DDR, qui font partie du segment de protection. Les principales exigences d'installation et d'utilisation sont décrites dans la norme CEI 60364.

L'application du dispositif différentiel a connu la plus grande diffusion dans les réseaux monophasés à courant alternatif et mise à la terre du neutre, ainsi qu'avec des tensions allant jusqu'à 1 kW dans le format de l'alimentation électrique domestique.

Conception du disjoncteur différentiel

Les caractéristiques optionnelles du mécanisme de protection aideront à comprendre le principe de fonctionnement du RCD, à savoir la réaction reproduite de l'appareil à une fuite de courant.

Les composants de travail clés sont :

• un capteur différentiel à transformateur ;
• un organe de déclenchement — un mécanisme qui interrompt le circuit électrique défaillant ;
• relais électromagnétique;
• un bloc de contrôle.

Des enroulements opposés – phase et neutre – sont connectés au capteur. En mode de fonctionnement normal du réseau, ces éléments semi-conducteurs forment dans le noyau des flux magnétiques de directions opposées. Par conséquent, le flux magnétique est nul.

Le transformateur se compose d'un noyau en acier fermé, sur lequel sont enfilées deux bobines : la primaire – connectée à une source de courant alternatif, la secondaire – connectée à la charge. Dans la même proportion que le transformateur augmente la tension du courant alternatif, l'intensité du courant diminue.

Un relais de type électromagnétique est connecté à l'enroulement secondaire enroulé sur le circuit magnétique du transformateur. Si les conditions de fonctionnement standard sont respectées dans le réseau, il n'est pas activé.

En cas de fuite de courant, tout le fonctionnement change radicalement. Les conducteurs de phase et de neutre commencent à laisser passer des intensités de courant différentes. Désormais, la valeur et la direction des flux magnétiques dans le noyau du transformateur auront également des paramètres différents.

Un courant apparaît dans les spires secondaires et lorsque les valeurs définies sont atteintes, le déclenchement du relais électromagnétique se produit. Il est couplé à un mécanisme de déclenchement. Cet ensemble réagit au moment opportun et déconnecte le réseau électrique.

Selon les exigences de sécurité incendie, les vérifications de contrôle du dispositif de protection différentielle sont effectuées régulièrement, au moins une fois par mois. Pour cela, l'appareil dispose d'un bouton spécial «TEST».

Le nœud de test est représenté par un mécanisme de résistance — une charge spécifique connectée en dérivation du capteur différentiel. Cet élément simule une fuite de courant et permet ainsi de vérifier le fonctionnement de l'appareil. Nous avons parlé plus en détail des méthodes de test dans cet article.

Le principe de fonctionnement du RCD est le suivant : l'alimentation en courant de la ligne de phase vers la résistance de contrôle, puis vers le fil neutre, en contournant le capteur.

Ainsi, des conditions de valeurs de courant différentes à l'entrée et à la sortie de l'appareil sont créées. Ce déséquilibre doit déclencher le mécanisme de coupure.

En fonction des développeurs, le dispositif de circuit peut différer, mais le principe utilisé dans le fonctionnement du DDR est identique pour tous les modèles.

Principe de déclenchement du mécanisme de protection

Voyons à quoi sert un DDR. Le fonctionnement du dispositif de protection est basé sur une méthode de mesure.

Les paramètres d'entrée et de sortie des courants traversant le transformateur sont enregistrés. Si la première valeur est supérieure à la seconde, cela signifie qu'une fuite de courant se produit dans le circuit électrique et l'appareil déclenche la coupure. Si les paramètres sont identiques, le dispositif ne se déclenche pas.

Dans un système à deux fils, le dispositif différentiel ne se déclenche pas si un courant de même intensité traverse les conducteurs de phase et de neutre. S'il y a une différence entre ces valeurs, cela signifie qu'il y a une rupture d'isolation dans le réseau et le mécanisme de protection déconnecte la section endommagée.

Pour mieux comprendre, voyons comment fonctionne un DDR dans un tableau de distribution domestique avec un système bipolaire.

Aux bornes supérieures est connecté le câble d'entrée à deux conducteurs (phase et neutre). Aux bornes inférieures sont raccordés la phase et le neutre acheminés jusqu'à la zone de charge, par exemple vers la prise d'alimentation d'un chauffe-eau ou d'une bouilloire électrique. La mise à la terre de protection de l'appareil sera réalisée par un câble contournant le DDR.

En mode de fonctionnement standard, le déplacement des électrons s'effectue par la ligne de phase depuis le câble d'entrée jusqu'au chauffage électrique du chauffe-eau/de la bouilloire, en traversant le dispositif de protection différentielle. En retour, ils se déplacent vers la terre à nouveau via le DDR, mais par la ligne neutre.

Si une personne touche le boîtier d'un appareil conducteur sur lequel un potentiel est apparu en raison d'un défaut, dans cette situation le courant de fuite traversera le corps humain, ce à quoi le dispositif réagit quasi instantanément en coupant l'alimentation.

Par exemple, dans la résistance chauffante de l'appareil, l'isolation a été endommagée. Ainsi, à travers l'eau à l'intérieur, le courant sera partiellement conduit par le boîtier, puis s'écoulera vers la terre via le câblage du dispositif de protection.

Le reste du courant reviendra par la ligne neutre via le DDR. Cependant, son intensité sera inférieure de la valeur de la fuite par rapport à l'intensité d'entrée.

La différence des valeurs est calculée par le transformateur différentiel. Si le chiffre est supérieur à la valeur autorisée, l'appareil réagit instantanément et coupe le circuit.

Dans un autre de nos articles, nous avons donné des recommandations pour le choix et le raccordement correct du dispositif différentiel pour le chauffe-eau.

Opportunité d'utiliser un DDR

Voyons à quoi sert un DDR et contre quels facteurs négatifs le dispositif offre une protection.

En premier lieu, le court-circuit de la phase sur le boîtier des appareils électriques. Les zones problématiques concernent principalement les résistances chauffantes des chauffe-eaux et des machines à laver. Il convient de noter que le défaut ne se produit que lorsque la pièce génératrice de chaleur est chauffée par le courant.

Également en cas de branchement incorrect des fils. Par exemple, si des torsades sont utilisées sans boîte de dérivation, qui sont ensuite noyées dans le mur et recouvertes d'une couche de plâtre. Comme la surface présente une humidité élevée, cette torsade constituera un point de percement provoquant une fuite dans le mur.

Le mécanisme de protection différentielle dans ce cas mettra constamment la ligne hors tension jusqu'à ce que la zone soit complètement sèche ou que le nœud de connexion soit refait.

La protection automatique est efficacement utilisée dans les conditions domestiques : dans les groupes électriques de la salle de bains, de la cuisine et des prises, avec un grand nombre d'appareils alimentés. L'idéal est lorsque ce type de dispositif est installé sur chaque groupe de prises.

Le champ d'application des appareils d'inspection est assez varié — des bâtiments publics aux grandes entreprises. Ils équipent les structures et schémas électrotechniques destinés à la réception et à la distribution: les tableaux dans les maisons résidentielles, les systèmes d'alimentation électrique pour la consommation individuelle, etc. L'important est de choisir correctement le dispositif différentiel en fonction de la puissance.

Types d'appareils et leur classification

Les fabricants dotent leurs produits de capacités variées, qui doivent être prises en compte lors de la détermination du type de DDR nécessaire, en fonction des conditions spécifiques d'exploitation du réseau électrique.

Afin que le consommateur ordinaire puisse choisir le dispositif de protection différentielle nécessaire parmi la diversité des modèles proposés, un système de classification a été créé, basé sur les caractéristiques suivantes :

• principe de déclenchement ;
• nature du courant différentiel ;
• retard de temporisation du courant différentiel de déclenchement ;
• nombre de pôles ;
• méthode d'installation.

Ensuite, examinons plus en détail chacune de ces classifications.

Classification n°1 — selon la méthode de mise en service

Il n'existe que deux méthodes de connexion – électromécanique et électronique. Dans le premier cas, le disjoncteur coupe l'alimentation sur la ligne endommagée indépendamment de la tension du réseau. L'organe de travail principal est un noyau toroïdal avec des enroulements.

En cas de formation d'une fuite, une tension est générée dans le circuit secondaire pour activer le fonctionnement du relais de polarisation, ce qui conduit à l'activation du mécanisme de coupure.

Pour les dispositifs de type électromécanique, aucune tension externe n'est nécessaire. La source de leur déclenchement est le courant différentiel sur la ligne endommagée.

Le fonctionnement d'un appareil à composants électroniques dépend entièrement d'une tension supplémentaire, c'est-à-dire qu'une alimentation externe est nécessaire. L'organe de travail est ici une carte électronique avec un amplificateur.

À l'intérieur d'un tel mécanisme, il n'y a pas de sources supplémentaires accumulant de l'énergie, donc pour le fonctionnement du circuit, on utilise l'électricité du réseau externe et, s'il n'y a pas de tension, l'appareil ne coupera pas le circuit.

Détermination du type d'appareil : souder deux fils aux bornes d'une pile AA. Allumer le disjoncteur différentiel et connecter un fil à l'entrée du bloc de protection, l'autre à la sortie. Les lignes sont raccordées à un seul pôle. Si l'appareil se déclenche, cela signifie qu'il s'agit d'un type électromécanique ; sinon, il s'agit d'un type électronique.

Exemple de fonctionnement d'un disjoncteur différentiel électronique installé sur une ligne avec une prise qui alimente un four à micro-ondes : une rupture de la phase neutre s'est produite, et en plus de cela, au cours de la même période, un défaut de câblage du micro-ondes se produit, entraînant un court-circuit de la phase sur le boîtier, c'est-à-dire qu'un potentiel dangereux apparaît sur celui-ci.

Si vous touchez le four, le type de protection électronique ne sera pas activé, car il n'y a pas de réseau d'alimentation. C'est précisément en raison de son manque de fiabilité par rapport à l'équivalent électromécanique que cet appareil est moins répandu.

Classification n°2 — selon le type de courant de fuite

Tous les modèles de disjoncteurs de sécurité fabriqués sont également classés en fonction du courant de charge qui les traverse. Ils traitent la tension d'un format d'oscillation donné.

La valeur nominale de la tension de fonctionnement est indiquée sur le boîtier de tous les appareils et dans la notice. Ce paramètre doit correspondre à la plage de courant nominal de l'équipement électrique.

Le type AC sera activé en cas d'apparition instantanée d'une tension de fuite alternative dans le circuit contrôlé, ou en cas d'augmentation progressive de celle-ci. Ces appareils sont marqués de l'inscription « AC » ou du symbole « ~ ».

Le facteur de forme le plus adapté à un usage domestique – le disjoncteur différentiel de type AC. Ce modèle est le moins cher parmi les appareils ayant une fonction similaire. Dans la notice de l'équipement électrique, les fabricants indiquent souvent le modèle spécifique de disjoncteur de protection adapté à cet appareil.

Le type A se déclenche en cas de formation instantanée d'un courant de défaut alternatif ou pulsatoire dans le circuit contrôlé, ou en cas d'augmentation lente de celui-ci.

Ce mécanisme peut être utilisé dans toutes les situations présentées. Sur le boîtier du disjoncteur figure l'abréviation « A » ou un symbole, comme sur l'image graphique dans le rectangle. .

Le plus souvent, le type A est connecté à un circuit où la régulation de la charge se fait par écimage de la crête de la sinusoïde, par exemple pour ajuster la vitesse de rotation d'un moteur à l'aide d'un convertisseur à thyristors.

Le prix du modèle A est plusieurs fois plus élevé que celui du modèle AC, car il contrôle en plus la tension continue générée par les équipements de conversion de puissance.

Les disjoncteurs différentiels de sous-type B sont efficaces pour réagir dans un circuit électrique contrôlé en présence d'un courant de fuite continu, alternatif ou converti (redressé).

Cet équipement coûteux est destiné aux installations industrielles. Il n'est pas utilisé en milieu domestique.

Les dispositifs de protection différentielle de type A, B et AC présentés ont un temps d'activation de 0,02 à 0,03 s.

Classification n°3 — selon le type de temporisation

Cette classification distingue deux types : S et G. La protection automatique de type S peut être caractérisée par une réaction sélective. Le délai de déclenchement correspond à une plage de 0,15 à 0,5 s. Il est conseillé de la choisir en cas de raccordement groupé des DDR.

Schéma du tableau d'appartement avec deux groupes de charges, où sont connectés deux types différents de dispositifs de protection : AC ou A, et S

Selon le schéma, le tableau contient deux groupes de charges sous forme de prises n°1 et n°2, auxquels est connecté un DDR de type A, et un deuxième disjoncteur de type S à l'entrée du local.

Si un défaut se produit dans un faisceau, le dispositif d'entrée ne s'active que lorsque le dispositif collectif n'a pas rempli sa fonction et n'a pas coupé la section défectueuse.

La sélectivité du déclenchement de la coupure du circuit peut être réalisée en utilisant une autre méthode – par les réglages du courant de fuite. Cette méthode est la plus répandue.

Schéma du tableau d'appartement avec deux groupes de charges, où sont connectés deux types différents de dispositifs de protection : AC avec un réglage de défaut, et un second A, mais avec une valeur plus élevée

Prenons un schéma similaire au précédent et modifions-le de la manière suivante : le disjoncteur de groupe est choisi de type AC avec un réglage de courant différentiel de 0,03 A, et à l'entrée, un dispositif similaire mais avec un réglage de 0,1 A.

Il existe des situations où le courant différentiel dans le circuit de défaut dépasse les réglages nominaux des deux dispositifs de protection. Pour le premier schéma, la sélectivité ne sera pas compromise, mais dans le second, le courant de coupure peut être déclenché par l'un des dispositifs connectés.

L'appareil de facteur de forme G est également doté d'un principe de déclenchement sélectif et présente un délai de 0,06 à 0,08 s. Tous les types sélectifs décrits sont conçus pour résister à des courants extrêmes – jusqu'à 15 kA.

Certains modèles de DDR disposent d'un système de réglage du seuil de déclenchement différentiel, d'autres n'ont pas cette possibilité. Cependant, pour un usage domestique, la seconde variante convient.

Le courant de limitation est un paramètre de choix important, car c'est grâce à lui que la sécurité est assurée.

Par exemple, dans les pièces très humides, l'alimentation des appareils électriques se fait avec des dispositifs de coupure ayant un réglage de 0,01 A. Pour les conditions domestiques standard – 0,03 A.

Pour la sécurité incendie des bâtiments – 0,1-0,3 A. Nous vous recommandons de consulter les conseils sur le choix du dispositif différentiel anti-incendie et les subtilités de son installation.

Classification n°4 — selon le nombre de pôles

Étant donné que le dispositif automatique fonctionne selon le principe de la comparaison des intensités de courant qui le traversent, le nombre de pôles du disjoncteur sera identique au nombre de lignes conductrices de courant.

Le DDR bipolaire est désigné par 2P. Il est intégré dans un circuit monophasé pour assurer la protection des personnes et prévenir les risques d'incendie.

Le marquage des DDR tétrapolaires est 4P. Ils sont conçus pour fonctionner sur un réseau triphasé. Une combinaison d'installation est également possible, par exemple, un appareil à quatre pôles peut être installé sur un réseau à deux conducteurs.

Cependant, tout le potentiel de l'appareil ne sera pas exploité, ce qui est économiquement désavantageux.

Lors de l'installation d'un disjoncteur de protection, il faut tenir compte du risque que le courant de charge dépasse les valeurs maximales de fonctionnement de l'appareil. Par conséquent, un disjoncteur supplémentaire est installé avec une tension nominale ne dépassant pas le courant de fonctionnement du système de sécurité.

Classification n°5 — selon le mode d'installation de l'appareil

Étant donné que les dispositifs de protection différentielle sont fabriqués dans différents boîtiers, ils peuvent être utilisés comme appareils fixes ou portables.

Dans le second cas, l'appareil est muni d'un câble de rallonge. Les appareils se fixant sur un rail DIN sont montés dans le tableau électrique, qui est placé soit dans le couloir, soit dans l'appartement.

Il existe également des variantes de type prise avec dispositif différentiel et fiche avec dispositif différentiel. Dans les deux cas, tout appareil électrique connecté via un tel mécanisme ne présente pas de danger pour une personne en cas de panne.

Interprétation complète des valeurs de marquage

Obligatoirement, le nom du fabricant figure sur le boîtier de l'appareil. Vient ensuite un marquage standardisé avec l'indication du numéro de série.

Pour décoder l'abréviation, nous utiliserons l'exemple suivant [F][X]00[X]-[XX] :

• [F] – dispositif de protection différentielle;
• [X] – format d'exécution;
• 00 – désignations numériques ou alphanumériques de la série;
• [X] – nombre de pôles : 2 ou 4;
• [XX] – caractéristiques selon le type de courant de fuite : AC, A et B.

De plus, les paramètres nominaux de l'appareil seront également indiqués ici, auxquels il faut prêter une attention particulière lors du choix.

Décodage de l'abréviation : 1 – marque ; 2 – type d'appareil ; 3 – type sélectif ; 4 – conformité aux normes européennes ; 5 – courant nominal de fonctionnement et seuil de déclenchement ; 6 – tension de fonctionnement maximale alternative ; 7 – courant nominal que l'appareil peut supporter ; 8 – pouvoir de coupure et de fermeture différentiel ; 9 – schéma électrique ; 10 – test manuel de fonctionnement ; 11 – marquage de la position du commutateur

Les paramètres maximaux pour lesquels les dispositifs sont conçus comprennent : la tension Un, le courant In, la valeur différentielle du courant de déclenchement du circuit IΔn, le pouvoir d'enclenchement et de coupure Im, et le pouvoir de coupure en cas de court-circuit Icn.

Les principales valeurs de marquage doivent être disposées de manière à rester visibles après l'installation de l'appareil. Certains paramètres peuvent être apposés sur le côté ou à l'arrière, visibles uniquement avant l'installation du produit.

Les sorties destinées uniquement au raccordement du conducteur neutre sont marquées du symbole latin « N ». Le mode désactivé du dispositif de protection différentielle est indiqué par le symbole « O » (cercle), le mode activé par un court trait vertical « I ».

Les valeurs optimales de température ambiante ne sont pas indiquées sur chaque produit. Sur les modèles où figure le symbole — cela signifie que la plage de fonctionnement est de -25 à +40 °C ; s'il n'y a pas de mention, les valeurs standard de -5 à +40 °C s'appliquent.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo présentant un examen détaillé de tous les composants des mécanismes de protection, de leur fonction et de leurs interactions :

Description de tous les types de disjoncteurs, ainsi que des conseils pour faire le bon choix :

Réponse à l'éternelle question : que choisir – un disjoncteur différentiel ou un dispositif de protection différentielle (DDP) + secrets d'installation :

L'utilisation d'un dispositif de protection différentielle est une solution avantageuse et judicieuse non seulement du point de vue économique, mais aussi en termes de sécurité incendie et de protection des personnes.

Il est recommandé d'exploiter au maximum son potentiel dans les environnements domestiques, en l'installant sur tous les groupes d'appareils électriques afin d'assurer une isolation totale contre les effets de l'électricité.

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