Juin 2001 La protetion différentielle dans les installations életriques basse tension Ce guide tehnique a pour objetif de mettre en évidene les prinipes de fontionnement des protetions différentielles et de proposer les prinipales solutions à mettre en œuvre pour assurer la séurité des personnes tout en préservant la meilleure disponibilité de l'énergie. p.1 Rappel sur les risques életriques p.2 Fontionnement d un dispositif différentiel p.4 Appliations des protetions différentielles p.6 Disponibilité de l énergie Perturbations életriques et onséquenes sur les protetions différentielles p.9 Conlusion Rappel sur les risques életriques Risque d'életrisation ou d'életroution. Toute installation alimentée par une soure d'énergie életrique apable de générer une tension de ontat U C supérieure ou égale à la tension limite U L peut présenter un risque potentiel pour l'utilisateur (U L = 0 V pour les loaux ses ou humides, U L = 2 V pour les loaux mouillés). Le orps humain peut, en as de ontat aidentel ave une pièe sous tension, être assimilé à un réepteur qui va laisser passer un ourant. Celui-i engendre des onséquenes proportionnelles à la valeur du ourant irulant dans l'organisme (figure 1) et qui dépendent du temps de ontat. Les différentes études sur la protetion des personnes ont affiné le risque qui se traduit, pour un signal à 0 Hz, par la ourbe intensité/temps de ontat donnée par la norme internationale CEI 60479-1 (figure 2). Celle-i est traduite dans la normalisation française par les ourbes 41GA et 48GE de la NFC 1-100 qui définissent les limites tension réseau/temps de oupure à ne pas dépasser en fontion de la tension limite U L. L'appliation de es impératifs débouhe naturellement sur la mise en œuvre des shémas de liaison à la terre (voir guide tehnique/ Intersetions de novembre 1998) et sur l'utilisation des Dispositifs Différentiels Résiduels (DDR), onformément aux diretives de la norme NFC 1-100. Tension de ontat présumée (V) 2 0 7 90 110 10 230 280 Temps de oupure maximal du dispositif de protetion (s) Courant alternatif (a) 0,48 0,30 0,2 0,18 0,12 0,0 0,02 Courant ontinu (b) 2 0,80 0,0 0,2 0,06 0,02 Figure 1. Durée maximale de la tension de ontat présumée dans les onditions orrespondant à U L = 2 V.
Intersetions - Juin 2001 Tension de ontat présumée (V) < 0 0 7 90 120 10 220 280 30 00 Temps de oupure maximal du dispositif de protetion (s) Courant alternatif Courant ontinu Loaux ou emplaements ses ou humides : U L 0 V 0,60 0,4 0,34 0,27 0,17 0,12 0,08 0,04 Loaux ou emplaements humides : U L 2 V 2 0 7 90 110 10 220 280 0,48 0,30 0,2 0,18 0,10 0,0 0,02 1 0,40 0,30 0,20 0,10 2 0,80 0,0 0,2 0,06 0,02 Figure 2. Durée maximale de maintien de la tension de ontat selon norme CEI 364. Les ourbes valables à 0 Hz ne le sont pas à des fréquenes beauoup plus élevées. La norme CEI 60479-2 traite des effets du ourant alternatif de fréquene supérieure à 0 Hz. Le seuil de fibrillation ventriulaire (30 ma 0 Hz) augmente en fontion de la fréquene du signal suivant une ourbe de type exponentielle définie par l'évolution du fateur de fréquene (figure 3). Par exemple à 400 Hz, le fateur de fréquene étant de 6, l'effet physiologique d'un ourant 30 ma 0 Hz sera le même que elui d'un ourant 180 ma 400 Hz. Ce onstat a permis une évolution des produits différentiels et la réalisation de la nouvelle gamme de protetion différentielle Merlin Gerin (différentiels type "si", relais duri ). rouge vif, et peut provoquer un départ d'inendie. En outre un matériau partiellement isolant aepte le passage d'un ourant de défaut. Ce dernier augmente progressivement ave le vieillissement du matériau et provoque un éhauffement de elui-i. Une protetion adéquate est don obligatoire dans tous loaux à risque d'inendie, la CEI 364 préonisant un système différentiel de sensibilité maximum égale à 00 ma en tête de distribution. Compte-tenu des travaux et essais menés en laboratoire, Shneider Eletri préonise une valeur de 300 ma en tête des installations présentant des risques d'inendie. Fontionnement d'un dispositif différentiel Le Dispositif Différentiel Résiduel est un appareil de protetion qui surveille le ourant résiduel onséutif à la somme des ourants vetoriels des onduteurs atifs. Par définition la somme des ourants de l'ensemble des onduteurs (phases + neutre + terre) est nulle dans une distribution életrique. Le différentiel mesurant la somme des ourants des onduteurs atifs (phase + neutre) détermine don indiretement la valeur du ourant de fuite à la terre. Id(ƒ)/id(0 Hz) 2,00 20,00 1,00 10,00,00 0,00 10 100 1 000 10 000 Limite ID Type A fréquene (Hz) ID Type AC Vigirex RH328A Figure 3. Variations du seuil de fibrillation ventriulaire (selon CEI 60479-2) et des seuils de différents DDR réglés sur 30 ma, pour des fréquenes omprises entre 0/60 Hz et 2 khz (soure Shneider Eletri). Risque d'inendie Il est prouvé, tests à l'appui, qu'un ourant de défaut de 00 ma passant entre deux pièes métalliques en ontat pontuel permet de hauffer elles-i au Figure 4. Prinipe du DDR standard. Un DDR est onstitué de trois parties prinipales suivant le prinipe de la figure 4 : - Le tore, en matériau ferromagnétique, sert à déteter, apter l'énergie et onditionner le ourant de défaut. Son enroulement primaire est onstitué de l'ensemble des phases et du neutre à protéger. Les ourants irulant dans es âbles génèrent des flux magnétiques F dans le tore, traduits par l'équation vetorielle F = K.I dans laquelle K est une onstante liée au tore. En fontionnement normal, en absene de tout défaut, la somme des ourants irulant dans les âbles atifs étant nulle, la somme des flux F diretement proportionnels est nulle. A l'apparition d'un défaut, il se rée un déséquilibre de ourant et la somme n'est plus nulle. Le flux résultant global F est don non nul et suivant le prinipe de la loi de Faraday, il génère une tension E = -NdF/dt sur l'enroulement de détetion. 2 Tehnique
Intersetions - Juin 2001 - Une interfae éventuelle qui traite l'image du ourant de défaut transmise par l'enroulement de détetion. Le traitement peut être une simple leture provoquant l'ordre de délenhement, ou omme dans les nouveaux matériels Merlin Gerin, une életronique de filtrage permettant de s'affranhir des signaux liés aux perturbations du réseau életrique. - Un relais életroméanique, ommandé par l'interfae de traitement, assure le délenhement et don l'ouverture des ontats de oupure du réseau. La plupart des dispositifs différentiels de la gamme multi 9 possèdent une tehnologie à propre ourant dont l'énergie du défaut est à l'origine du délenhement. Cette solution est la plus sûre, elle ne dépend pas d'une soure extérieure suseptible d'être défaillante. D'autres tehnologies sont possibles : - différentiels à propre tension, inorporant une soure de tension auxiliaire néessaire au délenhement et issue du iruit ontrôlé, - différentiels à soures auxiliaires, inorporant une alimentation propre néessaire au délenhement. Ces appareils ne peuvent provoquer le délenhement que si ette soure auxiliaire est disponible au moment de l'apparition du ourant de défaut. Différents types de différentiels. v Différentiel lasse A (ourants alternatifs sinusoïdaux ou à omposante ontinue pulsée) : La protetion différentielle de lasse A est assurée par la nouvelle gamme super-immunisée onstituée des différentiels modulaires type si à tore intégré, des blos vigi des disjonteurs de puissane et de la nouvelle gamme de relais différentiels à tores séparés (RH10, RH320, RHU, RMH ). La tehnologie de ette nouvelle gamme de différentiels est basée sur le même prinipe de fontionnement que la tehnologie standard. Elle intègre toutefois des omposants spéialement hoisis pour résoudre les problèmes liés aux perturbations de plus en plus fréquentes sur les réseaux. Le tore de détetion de la gamme si utilise des alliages ferromagnétiques à ourbe d'hystérésis allongée (figure 6), qui permettent d'augmenter signifiativement le rapport Φ 2 / Φ 1. La détetion d'une fuite de ourant sur signal redressé est alors possible. L'évolution du système de filtrage életronique, intégrant un omposant de type ASIC (appliation speifi integrated iruit = iruit intégré onçu pour une appliation spéifique) dans le traitement du signal généré par le tore, améliore les performanes par rapport aux produits standard dans les domaines suivants : - influene des surtensions, - influene des hautes fréquenes, - influene du tore de détetion, - stabilité du seuil de délenhement. Les DDR sont des matériels définis par la norme internationale CEI 607 qui presrit trois types de protetions, ainsi que des seuils de délenhement ou sensibilités. v Différentiel Classe AC (ourants alternatifs sinusoïdaux) : La ourbe de la figure met en évidene de façon shématique la détetion d'un ourant de fuite : un ourant de fuite i 1 sur réseau alternatif génère un flux magnétique Φ 1 suivant le yle d'hystérésis du tore ferromagnétique. Sur e type de matériel, un ourant i 2 sur un départ alimentant une életronique de redressement (apparition d'une omposante ontinue par redressement simple alternane) provoque un flux Φ 2 beauoup plus faible qui ne sera pas déteté. H I fuite CA Figure 6. Courbe du tore DDR type si. B Φ 2 CC Mono alternane v Différentiel lasse B : Le différentiel lasse B est un appareil onçu pour la protetion des réseaux à simple alternane redressés et filtrés par harge apaitive. Φ 1 Figure. Courbe du tore DDR standard. Le marhé du différentiel est aujourd'hui tenu par les appareils standard (type AC) et par les appareils de la gamme "si" (type A) en forte progression. Tehnique 3
Intersetions - Juin 2001 Les appareils de lasse B restent réservés à des appliations spéifiques. Les sensibilités normalisées dans la CEI 607 sont regroupées en trois appellations : - haute sensibilité -HS- : 6, 10 et 30 ma, - moyenne sensibilité -MS- : 100, 300 et 00 ma - basse sensibilité -BS- : 1, 3,, 10 et 20 A. La haute sensibilité est utilisée le plus souvent en moyen omplémentaire de séurité ontre le ontat diret. Les autres sensibilités le sont pour toutes autres néessités de protetion (ontats indirets, risques d'inendie, risques de destrution de mahines). Trois types de matériels répondent aux différentes lasses et niveaux de protetions : Interrupteur différentiel ID si. Disjonteur différentiel DPN N Vigi si. Relais différentiel Vigirex RH 328A. - L'interrupteur différentiel : il établit, supporte et oupe des ourants dans les onditions de servie normales et provoque l'ouverture des ontats quand le ourant différentiel atteint, dans des onditions spéifiques, la valeur de sensibilité. L'interrupteur différentiel n'est pas protégé thermiquement et doit être assoié à une protetion magnéto-thermique. - Le disjonteur différentiel : il omporte en plus de la fontion différentielle, un dispositif de protetion ontre les surharges et les ourts-iruits. - Le relais différentiel : il omporte simplement un déteteur de défaut qui émet un signal. Il est assoié méaniquement ou életriquement à un disjonteur lassique dont il provoque l'ouverture. Appliations des protetions différentielles Bien que les risques soient onnus depuis longtemps, les premières mesures différentielles étaient surtout une protetion ontre le vol de ourant életrique par âblage entre phase et terre! Très vite es protetions se sont imposées en distribution életrique dans le domaine de la protetion des personnes et ei quel que soit le shéma de liaison à la terre utilisé. v En shéma TT : Le DDR est l'appareil de base de la protetion des personnes, son utilisation est obligatoire pour garantir la séurité sur l'ensemble de l'installation életrique. v En shéma TNS et IT : La protetion par disjonteur magnétique assure l'essentiel de la séurité mais une protetion omplémentaire par DDR est néessaire dans différents as spéifiques : - grande longueur de âble provoquant le risque de non-protetion par la fontion magnétique, - installations à masses életriques non interonnetées, - installations à risques d'inendie ou d'explosion, - installations existantes à modifier. Les DDR Haute Sensibilité peuvent être utilisés omme protetion omplémentaire ontre le ontat diret dans ertaines appliations spéifiques (ban de test, appliations pédagogiques ). Ils assurent alors la oupure de l'énergie en as de ontat aidentel diret à une phase de l'installation si le ourant établi est supérieur au seuil de délenhement. Ils ne sont en auun as une protetion suffisante ontre e risque. Ils ne peuvent pas se substituer aux protetions à mettre en plae ontre le risque de ontat diret (protetion de l'installation et appliation des presriptions de séurité UTE C 18-10). Le tableau de la figure 7 réapitule l'ensemble des obligations de DDR définies dans la norme NFC 1-100. 4 Tehnique
Intersetions - Juin 2001 Appliations NF C 1-100 Mesures de protetion TT TN IT Dispositions générales Chapitre 413.1 DDR : UL I n RA Délenheurs magnéto-thermiques CPI (ontrôleur permanent d isolement) 1 er défaut : signalisation 2 e défaut : délenhement magnéto-thermique Dispositions partiulières : Grandes longueurs de âbles 3 solutions : - augmenter setion des âbles, - magnétique bas - DDR Masses non interonnetées Chap. 413.1 (4 et ) DDR DDR Loaux à risque d inendie Chap. 482.2.10 DDR 00 ma TN-S DDR 00 ma CPI ou DDR 00 ma tes lassés ave risque d explosion Arrêté du 29.07.98 : silos et stokage dégageant des poussières organiques inflammables Protetions omplémentaires ontre les ontats direts : Chap. 412. Ciruits prises de ourant : Chap. 32-2-6 Prises 32 A Prises de ourant tous alibres dans les loaux humides et installations temporaires DDR ave préalarme CPI ou DDR ave préalarme Chap. 701- : salles d eau Chap. 702 : pisines Chap. 704 : installations de hantier Chap. 70 : établissements agrioles Chap. 711 : installations foraines Chap. 708-9 : alimentations de aravanes, bateaux de plaisane Chap. 74 : alimentations de véhiules ou de remorques à usage : - médial, - atelier, - exposition Chap. 73 : onduteurs életriques hauffants noyés dans les parois des bâtiments Chap. 771.32.1 : loaux d habitation Mobilier urbain DDR 30 ma Elairage publi NF C 17.200 Enseignes lumineuses DDR 00 ma type s - 30 ma Figure 7. Obligations de protetion par DDR (soure NFC 1-100). Tehnique
Intersetions - Juin 2001 Disponibilité de l'énergie Dans un système basé sur la reherhe de produtivité, la disponibilité de l'énergie est une omposante importante du ahier des harges de l'installation életrique. Celle-i sera pénalisée si des délenhements intempestifs des protetions életriques provoquent la mise hors tension sans raison valable de tout ou partie d'une installation életrique. Les délenhements intempestifs ont généralement deux auses possibles : - un délenhement général lié à un défaut sur une installation protégée par DDR si la oneption du réseau de distribution n'a pas pris en ompte la mise en œuvre d'une séletivité des protetions différentielles. - le délenhement d'une protetion de l'installation lié à une détetion réelle, provoquée par des signaux perturbants (oup de foudre, signaux d'harmoniques, omposante ontinue sur le réseau ) pour lesquels il n y a pas lieu de séuriser l installation par ouverture des iruits. Chaque phénomène appelle une solution propre : - l'élimination d'un défaut se fera dans une installation onçue dans un prinipe de séletivité des protetions différentielles, assurant la suppression du défaut au plus près de elui-i. - les délenhements intempestifs liés aux perturbations feront appel à la gamme de matériels de type si. Perturbations életriques et onséquenes sur les protetions différentielles La séletivité des protetions différentielles. La mise en œuvre des protetions différentielles est déterminée dans un premier temps par les obligations normatives. L'obligation de protetions différentielles 30 ma sur toute prise de ourant inférieures à 32 A en est l'exemple le plus souvent ité. Il est à noter que si auune obligation n'est ditée par la norme, la mise en œuvre de différentiels 10 ma dans l'habitat est vivement onseillée sur les prises életriques extérieures pouvant alimenter des appareils de jardinage suseptibles d'être mis sous tension dans des onditions d'environnement très humide. Après appliation des obligations légales, le hoix d'une protetion différentielle ne doit avoir qu'un seul but : la garantie d'absene de toute tension de ontat supérieure à la tension limite U L orrespondant à l'état de l'installation. Lorsque toutes les masses életriques sont reliées à la terre onformément à la norme NFC 1-100 (R A < 100 Ω), la séurité peut être aquise ave des valeurs différentielles assez importantes. Pour une prise de terre de 10 Ω, la valeur U L = 0 V autorise un ourant de défaut Id A. La mise en œuvre de la séletivité différentielle se réalise entre deux protetions plaées en série (séletivité vertiale) ou entre appareils plaés sur des iruits parallèles (séletivité horizontale par expression). La séletivité vertiale fait appel à deux obligations : - une omposante ampéremétrique par le doublement de la valeur différentielle entre deux niveaux de protetion (I n 1 2 I n 2 ). Cette obligation résulte de la plage normative de délenhement du DDR. Celui-i doit avoir délenhé à I n et ne doit pas délenher à I n/2. Un DDR 30 ma peut en théorie avoir un seuil de délenhement ompris entre 1 ma et 30 ma. Pour garantir la séletivité, le DDR amont doit avoir un seuil minimum de délenhement de 30 ma. I n /2 = 30 ma, la valeur nominale est au minimum I n = 60 ma soit le double de la valeur avale. En pratique, de par les valeurs normatives de la CEI, le rapport sera supérieur ou égal à 3. - une omposante hronométrique inluant sur le DDR amont un temps de retard minimum TR tel que TR = TD + TM, dans lequel TD est le temps de délenhement de la protetion aval, TM est le temps de démagnétisation du tore de détetion du DDR amont. Cette règle s'applique sur toute installation életrique. - en tarif bleu, la séletivité est obtenue entre un DDR 30 ma et le disjonteur d'abonné uniquement si elui-i est du type DB90 S, le S signifiant séletivité. Le DB90 S de seuil 00 ma inlus un retard de délenhement de 40 ms qui assure l'ouverture du seul DDR 30 ma. - en tarif jaune ou vert, la mise en plae d'appareillage différentiels séletifs (interrupteur différentiel type S) ou permettant le réglage d'une temporisation (blos adaptables NG 12, relais différentiels) est néessaire dès le deuxième niveau de protetion. La séletivité horizontale par expression, définie par la norme C1-100 36.3.2, génère l'éonomie en tête d'installation d'un dispositif différentiel lorsque tous les départs de l'armoire sont protégés par des DDR. Cette séletivité semble a priori aquise de 6 Tehnique
Intersetions - Juin 2001 fait ; un défaut sur un départ est vu par le différentiel protégeant elui-i, mais n'est pas vu par un différentiel protégeant un iruit sain. Dans la pratique la séletivité peut être prise en défaut par un phénomène appelé délenhement par sympathie. Le délenhement par sympathie se produit sur la protetion d'un départ sain omportant une omposante apaitive importante (figure 8), lors de l'ouverture d'une protetion d'un départ parallèle. L'élimination du défaut entraîne un phénomène de surtension qui assoié à l'effet apaitif du départ sain provoque le délenhement du DDR par le ourant de harge apaitif. par l'intermédiaire de omposants életroniques apaitifs (miro-ordinateurs, variateurs de vitesse ) ainsi qu'aux âbles de liaison en fontion des aratéristiques propres de l'isolant utilisé. Ce ourant présente deux aratéristiques : - il existe sur toute installation életrique quelle qu'elle soit ; sa valeur d'origine est proportionnelle à l'étendue des âbles (environ 1 ma / km) et au nombre de réepteurs onernés. - il est amené à augmenter progressivement dans le temps en fontion du vieillissement des isolants de l'installation. - il est majoré à la mise sous tension de toute ou partie de l'installation par un phénomène d'appel de ourant de harge des apaités onernées. Quelques exemples de ourant de fuite sont présentés dans le tableau de la figure 10. Figure 8. Délenhement par sympathie lié à une surtension. Un autre type de délenhement par sympathie est lié à la remontée de ourant apaitif lors d'une montée en potentiel d'une terre sur défaut de forte intensité (figure 9). Ce type d'anomalie s'apparente aux perturbations hautes fréquenes renontrées sur le réseau ; la solution onsiste à utiliser des DDR lasse AC de type si. Tableau 1 Pour un ourant Limite maximale du ourant assigné de fuite < 4 A 2 ma > 4 A et < 10 A 0, ma/a > 10 A ma Tableau 2 Pour un ourant assigné Limite maximale < 7 A 3, ma > 7 A et < 20 A 0, ma/a > 20 A 10 ma Tableau 3 Courants de fuite relevés dans les installations Matériel életrique Courant de fuite relevé (ma) Téléopieur Imprimante Poste de travail informatique (U.C., éran et imprimante) Photoopieuse Planhers hauffants Filtres monophasés ou triphasés 0, à 1 < 1 1 à 3 0, à 1, 1 ma / kw 1 ma / réepteur Figure 10. Courants de fuite relevés dans les installations (étude servies tehniques Shneider Eletri). Figure 9. Délenhement par sympathie sur un défaut de terre. Les ourants de fuite Le ourant de fuite est un ourant qui par définition s'éoule entre les parties atives et la onnexion de terre en l'absene de défaut életrique. Contrairement au ourant de défaut, elui-i est lié au fontionnement normal de l'installation. Il est essentiellement dû aux différents réepteurs sur lesquels l'alimentation életrique est reliée à la terre La oneption d'une installation életrique doit prévoir la mise en plae de protetions différentielles assurant la séurité des personnes et des biens en tenant ompte de es ourants de fuite. Ceux-i en s'additionnant dans les âbles amonts de l'installation peuvent atteindre la valeur du seuil de délenhement des protetions. La solution onsiste à limiter le nombre d'appareils protégés par un même DDR. Ainsi un DDR standard favorise la protetion de 2 à 4 miro-ordinateurs maximum, un nombre plus important risquant de provoquer des délenhements intempestifs par l'appel de ourant à la mise sous tension. Le différentiel type "si", grâe à son omportement fae aux ourants transitoires, est indiqué pour les installations informatiques et plus généralement pour toute installation à effet apaitif. Il autorise la mise en œuvre d'un plus grand nombre de mahines sans délenhement intempestif (7 à 8 miro-ordinateurs). Tehnique 7
Intersetions - Juin 2001 Les harmoniques De plus en plus de matériels életriques sont d'importants générateurs d'harmoniques qui entretiennent un niveau de perturbation non négligeable sur la omposante ourant. A signaler notamment : en milieu industriel : - onvertisseurs statiques, - fours à ar, - élairages, - autres matériels. en milieu tertiaire ou habitat : - appareillages életroniques ourants (informatique, appareillages vidéo ), - élairages basse onsommation. Les harmoniques générées sur le réseau remontent dans les âbles jusqu'aux tableaux de distribution et se retrouvent sur les départs protégés par différentiels. D'une façon générale, en fontionnement normal, les protetions différentielles sont peu perturbées par les harmoniques de ourant qui sont des perturbations de mode différentiel (la somme vetorielle des ourants de phases et neutre est nulle). le réseau supporte des harmoniques de tension, elles-i, présentes aux bornes des apaités de filtrage, vont générer des ourants de fuite supplémentaires par l'intermédiaire de es mêmes apaités. Ce as peut se trouver amplifié lorsqu'une installation est alimentée par génératrie dans une onfiguration normal/seours, le taux de distorsion en tension étant généralement plus élevé que sur une installation alimentée par le réseau. Les ourants harmoniques de rangs 3 (10 Hz) et (20 Hz) sont alors non négligeables ; ils s'additionnent aux ourants de fuite à 0 Hz, aux phénomènes Figure 11. Sensibilités des différentiels en fontion de la fréquene. de perturbation HF et peuvent provoquer des délenhements intempestifs sur ouverture ou fermeture d'un ontateur, mise sous tension d'élairage Le DDR si omporte, de par son tore et son életronique, une meilleure tenue liée à un durissement progressif sur les fréquenes harmoniques (figure 11). Il permet don de s'affranhir de es perturbations. Il s'installe généralement en omplément de solutions de filtrage sur un ou plusieurs rangs d'harmoniques. Il est alors intéressant de réaliser e filtrage au plus près de la soure des perturbations afin d'éviter la remontée de es signaux sur l'installation amont et de protéger le DDR. La mise en plae d'un système filtre passif (rang 3 ou rang ) + filtre atif (rangs 2 à 13) répond à e besoin. Shneider Eletri propose, ave le ban HarmoCEM un équipement pédagogique qui appréhende les effets des perturbations basses et hautes fréquenes et les différentes tehniques de filtrage possibles. Equipement pédagogique HarmoCEM. Les ourants porteurs Il s'agit de signaux volontairement injetés sur le réseau ayant plusieurs soures : - le distributeur d'énergie dans le adre des différentes tarifiations, - des systèmes életriques ommuniants implantés sur une installation. Ces signaux à fréquenes supérieures à la fréquene fondamentale peuvent s'apparenter aux perturbations harmoniques. Ces signaux sont des signaux de mode différentiel ayant des niveaux de tension trop faibles pour perturber les protetions différentielles. D'éventuelles fuites à la terre liées à la présene de filtres, aordés sur la fréquene de fontionnement de es matériels, provoquent le non-fontionnement du système bien avant de perturber les protetions différentielles. 8 Tehnique
Intersetions - Juin 2001 Les omposantes ontinues L'alimentation de nombreux appareils et mahines omportent des dispositifs redresseur (diodes, thyristors, tria). En as de défaut d'isolation en aval de es dispositifs, le ourant de fuite vers la terre peut omporter une omposante ontinue qui aveugle éventuellement le dispositif différentiel. La figure met en évidene la variation de flux en régime alternatif Φ 1 et la variation de flux en régime mono alterné Φ 2. Le yle d'hystérésis du noyau magnétique n'est pas omplet et est trop faible pour réer une tension suffisante permettant l'apparition d'un ourant résiduel induit. Deux solutions permettent de s'affranhir de e phénomène : - l'utilisation d'un ondensateur aordé ave le tore assure l obtention, à la sortie de elui-i, une tension plus élevée et relativement sinusoïdale, - l'utilisation d'un noyau magnétique toroïdale (figure 6) à yle d'hystérésis ouhé (faible indution rémanente) amplifie le yle d'hystérésis et don augmente le Φ 2. Cette solution est mise en pratique sur l'ensemble des différentiels de la gamme si. Les ourants de fuite transitoires en haute fréquene Le ourant transitoire en haute fréquene est l'un des phénomènes les plus perturbants. Son origine est diverse : - origine naturelle : le phénomène foudre sur les installations életrique (voir paragraphe foudre du présent guide). - origine industrielle : surtensions de manœuvres assoiées aux iruits apaitifs, réatanes életroniques d'élairage fluoresent, étage d'entrée des variateurs de vitesse non munis de filtre CEM, alimentations à déoupages Les perturbations de es signaux hautes fréquenes peuvent être de deux ordres : - le non-délenhement par aveuglement du dispositif de mesure. Celui-i est lié à une saturation magnétique du tore par les hautes fréquenes dont le niveau est trop important. Ce phénomène apparaît par exemple sur un départ monophasé de type élairage protégé par un DDR standard à partir d'une vingtaine de ballasts életroniques. Un défaut 0 Hz n'est alors plus protégé par le différentiel, la séurité des personnes n'est plus assurée. - si le niveau de ourant HF est plus faible, le relais de délenhement du différentiel standard est présensibilisé par elui-i. Une simple ommutation d'un iruit parallèle peut alors provoquer une sensibilisation suffisante du tore de détetion pour entraîner un délenhement intempestif. Là enore, la solution onsiste à utiliser un dispositif différentiel de type si. Ils sont onçus pour éviter le non-délenhement grâe au hoix des matériaux du tore. La limite de saturation de l'exemple i-dessus est repoussé à 0 ballasts sur un iruit monophasé protégé par un dispositif de type si. Le filtrage életronique des signaux hautes fréquenes réalisé par l'életronique du si évite les phénomènes de délenhement intempestifs provoqués par une onde HF liée à une ommutation. Utilisation en ambiane froide Le fontionnement d'un dispositif différentiel standard Merlin Gerin est garanti pour des températures ambiantes omprises entre - C et +40 C. Cette plage est largement suffisante pour une utilisation à l'intérieur des bâtiments. Dans les installations soumises à basses températures (hantier, amping ) la limite de fontionnement vis-à-vis de la température basse peut être dépassée. On assiste alors à un phénomène de modifiation des apaités magnétiques du tore provoquant une augmentation de la sensibilité de l'appareil. L'emploi des différentiels duris de la gamme si garantit un bon fontionnement jusqu'à des températures de -2 C. Conlusion Dans un monde en perpétuelle évolution tehnologique, l'életronique est de plus en plus présente dans l'environnement quotidien, provoquant de e fait des niveaux de perturbations inquiétants sur les réseaux életriques. Certes le législateur impose aujourd'hui des règles limitant les perturbations sur les installations életriques, mais de nombreux produits de faible puissane éhappent à es règles et sont de plus en plus utilisés (élairage basse onsommation, variateurs de lumière, petite életronique ). Le Dispositif Différentiel Résiduel joue un rôle de plus en plus important dans la séurité életrique, séurité des personnes et séurité des biens. Tous les pays industrialisés utilisent les DDR dans le logement, le tertiaire ou l'industrie, ave des shémas de liaisons à la terre différents. Les DDR atuels répondent tous aux normes de onstrution. Leur tehnologie ontinue de progresser en terme de fiabilité et de tenue aux perturbations renontrées sur les installations életriques. Shneider Eletri, leader mondial de l'appareillage életrique basse tension, se doit de faire évoluer ses produits et propose ainsi une gamme de DDR omplète, à haut niveau d'immunité, pour toutes les appliations (pages 10 et 11). Tehnique 9
Intersetions - Juin 2001 Une gamme omplète pour toutes les appliations Appareil Type Calibre (A) Sensibilité I n (ma) Instantané Séletif S Réglable Disjonteur différentiel de branhement (Tarif bleu) DB90 DB90 S 10 à 90 10 à 90 00 00 Interrupteur différentiel ID Cli (1) ID 2 à 63 2 à 100 30, 300 10, 30, 100, 300 300 Déli (1) vigi 2 à 32 30 Disjonteur différentiel DPN vigi 1 à 40 30, 300 DPN N vigi 1 à 40 30, 300 C60a, N, H, L + vigi 0, à 63 10, 30, 100, 300 300, 1A Disjonteur et Blo adaptable C120N, H + vigi 0 à 12 30, 300 300, 1A Disjonteur ou Interrupteur et Blo adaptable NG12 N, NA + vigi NG12 L + vigi 10 à 12 10 à 63 30 30, 300 300, 00, 1A 300, 1A 300, 00, 1A, 3A Retard : 0-60-10 ms 300, 00, 1A, 3A Retard : 0-60-10 ms Disjonteur de branhement (Tarif jaune) NS100/160/20 A, B + vigi MH NS400N + vigi MB 40 à 20 30, 300, 1A, 3A, 10A Retard : 0-60-10-310 ms 300, 1A, 3A, 10A, 30A Retard : 0-60-10-310 ms Disjonteur ou Interrupteur et Blo adaptable NSA + vigi NS100/160 N, H, L + vigi MH NS20 N, H, L + vigi MB 63 à 160 16 à 160 40 à 20 30, 300, 1A, 3A Retard : 0-60-10 ms 30, 300, 1A, 3A, 10A Retard : 0-60-10 ms 30, 300, 1A, 3A, 10A Retard : 0-60-10-310 ms NS, CM, Masterpat + Vigirex : RH10 A 10 à 6 300 30 ou 300 Disjonteur ave relais différentiel à tore séparé RH10 AP RH320 A/AP RH328 A/AP/AF 10 à 6 300 16 à 6 300 16 à 6 300 300 ou 1A 30 à 20A 30 à 20A Retard : 0 à 1 s RHU 16 à 6 300 30 à 30A RMH 16 à 6 300 Mesure + signalisation 10 Tehnique Nota : (1) appliation tarif bleu si en standard
Intersetions - Juin 2001 Inendie Maintenane préventive Réseaux perturbés Instrumentation Foudre Fluo à ballast életronique Informatique Variateur de vitesse Basses températures -2 C DB90 S 10 à 0 % I n 10 à 0 % I n I n/2 I n/2 Mesure + signalisation RH 328AF spéial Tehnique 11
Intersetions - Juin 2001 Bibliographie Cahiers tehniques Shneider Eletri : - CT 114 :...Les dispositifs différentiels résiduels en basse tension - CT 141 :...Les perturbations életriques en basse tension - CT 12 :...Perturbations harmoniques dans les réseaux pollués, et leur traitement - CT 172 :...Les shémas de liaisons à la terre en basse tension - CT 187 :...Coexistene ourants forts ourants faibles Normes produits : - CEI 60479 :... des effets d'un ourant életrique à travers le orps humain - CEI 61008, NF C 61-10 et 61-11 :...Interrupteurs automatiques à ourant différentiel résiduel pour usages domestiques et analogues - UTE C 60-130 :...Dispositifs de protetion à ourant différentiel résiduel - NF C 61-420 :...Petits disjonteurs différentiels - NF C 62-411 :...Matériels de branhement et analogues, disjonteurs différentiels pour tableaux de ontrôle des installations de première atégorie Normes installations : - CEI 60364, NF C 1-100 :...Installations életriques à basse tension Autres publiations : - de l'installation életrique Basse Tension, Editions CITEF Les textes et les illustrations de e guide sont disponibles dans la rubrique L enseignement tehnique à partir du site http://www.shneider-eletri.fr, rubrique Shneider en Frane, puis L enseignement tehnique. Ce guide tehnique a été réalisé sous la diretion de Patrik Andrieux, ave la ollaboration de Denis Avons-Bariot, Thierry Creton, Bernard Deshière, Loup Girier, Serge Guillaudin et Bernard Laroix. 12 Tehnique