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ABB CMC COMPONENTS Couplage de protection différentielle Déclenchements intempestifs des interrupteurs différentiels Information technique 20122/A

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ABB CMC COMPONENTS

Couplage de protectiondifférentielle

Déclenchements intempestifsdes interrupteurs différentiels

Information technique

20122/A

Ohne Namen-13 01.06.2001, 17:19 Uhr3

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4006

6

E221-6

Table des matières

1. Généralités

2. Déclenchements dus à des erreurs d’installation2.1 Liaison neutre – conducteur de protection

2.1.1 Diminution de la sensibilité I∆ de l’interrupteurdifférentiel

2.1.2 Déclenchement de l’interrupteur différentiel lors dubranchement d’un récepteur

2.1.3 Déclenchement de l’interrupteur différentiel lors dubranchement d’un récepteur dans un circuit voisin

2.2 Utilisation du conducteur de protection comme neutre2.3 Mise en parallèle des conducteurs de neutre2.4 Mise en parallèle d’interrupteurs différentiels2.5 Interversion de conducteurs2.6 Alimentation par des côtés différents

3. Déclenchements dus aux influences extérieures3.1 Courts-circuits3.2 Mises à la terre3.3 Coups de foudre et surtensions atmosphériques3.4 Influences magnétiques

4. Déclenchements dus à des courants de fuite capacitifs4.1 Courants de fuite capacitifs de lignes4.2 Courants de fuite capacitifs des circuits de chauffage4.3 Courants de fuite capacitifs de nattes de sol chauffantes

5. Recherche de défauts

6. Produits CMC pour la protection différentielle

Déclenchements intempestifsdes interrupteurs différentiels

Ohne Namen-14 01.06.2001, 17:21 Uhr3

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1. Généralités

Les interrupteurs différentiels ont pour missiond’interrompre les circuits de courant si, par un défautd’isolement, un courant d’une certaine valeur s’écouleà la terre. La coupure doit se produire lorsque cecourant, dit de défaut, est supérieur au courantnominal de déclenchement I∆n (ou sensibilité) del’interrupteur différentiel. Dans une installation parfai-tement en ordre sur le plan de l’isolement, les cou-rants de défaut sont extrêmement faibles. Selon lanorme SN ASE 1000-3, § 612.3 la résistance d’isole-ment par rapport à la terre doit être d’au moins0,5 MΩ pour une tension nominale située entre 50V et500 V. Dans les réseaux qui ont une tension de 230 Vpar rapport à la terre, on admet un courant de défautde 0,5 mA au maximum (230V / 0,5 MΩ). La résis-tance d’isolement de 0,5 MΩ se rapporte uniquementà l’installation, c’est-à-dire que les appareils raccordésne sont pas inclus. Lorsqu’un interrupteur différentieldéclenche, il faut tout d’abord examiner les récepteursélectriques.Un interrupteur différentiel déclenche occasionnelle-ment, mais sans raison apparente. Les appareilsraccordés sont en ordre et l’isolation est en parfaitétat. On parle dans ce cas de déclenchement intem-pestif. Les causes sont souvent dues à des erreursd’installation, qui apparaissent au moment d’uneextension. Ces erreurs sont parfois découvertes lorsdu montage ultérieur d’un interrupteur différentiel ousont occasionnées par un agrandissement. Pour plusde clarté, les interrupteurs différentiels sont seulementreprésentés dans les schémas par le tore dans lequelles courants circulent. Lorsque la somme vectorielledes courants qui circulent dans le tore n’est pas nulle,l’interrupteur différentiel déclenche. D’autre part,lorsque le nombre de phases ne joue aucun rôle, nousavons adopté une représentation monophasée pourêtre plus clair.

2.1 Liaison neutre – conducteur deprotection

La norme SN ASE 1000-1, § 41222.3 précise que leconducteur neutre et le conducteur de protection d’unréseau TN-S ne doivent plus être reliés après leurséparation à l’entrée du bâtiment. Cette liaison entrele neutre et l’alvéole du conducteur de protectionexiste par exemple dans une prise de courant utiliséedans un ancien schéma 3. La liaison entre N et PE aplusieurs influences et conséquences pourl’interrupteur différentiel, qui sont:– Diminution de la sensibilité I∆ de l’interrupteur

différentiel– Déclenchement de l’interrupteur différentiel

lorsqu’on branche un récepteur dans le circuitprotégé contre les courants de défaut

– Déclenchement de l’interrupteur différentiellorsqu’on enclenche un récepteur dans un circuitvoisin.

Les causes de ces effets sont décrites ci-après àl’aide d’un pont, placé dans une prise, entre le neutreet le conducteur de protection.

2.1.1 Diminution de la sensibilité I∆ del’interrupteur différentielUne liaison existant entre le neutre et le conducteurde protection à la sortie d’un interrupteur différentiel(fig. 1) diminue sa sensibilité I∆; ainsi un interrupteurdifférentiel de 30 mA ne réagit peut être qu’à uncourant de défaut de 120 mA, au lieu de 20 mA.

L

N

X2

X1

IF

SV

PE

PEN X

⇓IF

φFφ

X

⇓⇓

IF

WA

B

Figure 1

Z20

058

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Lorsqu’un courant de défaut IF s’écoule à la terreaprès un interrupteur différentiel, il engendre un fluxmagnétique F dans le tore W de l’interrupteur dif-férentiel. Ce flux induit une tension dans l’enroulementsecondaire A qui provoque le déclenchement du FI.Dans le cas du schéma TN-S, le pont établi entre leneutre et l’alvéole du conducteur de protection de laprise SV, crée un deuxième enroulement secondaireautour du tore W sous forme d’une spire X – X1 –le pont B – X2 – X. Le flux magnétique F induit unetension dans cette boucle et comme elle est fermée,un courant peut circuler. Ce courant engendre dans letore W un flux magnétique F antagoniste au flux X.Le flux total est affaibli, de sorte que l’enroulementsecondaire A ne produit plus une tension suffisantepour déclencher l’interrupteur différentiel. Le FI estalors insensibilisé et ne déclenche pas forcémentlorsqu’on actionne le dispositif de test. La sensibilitédépend de l’impédance de la spire.La diminution de la sensibilité ne représente guère unrisque comme cela est expliqué dans les paragraphes2.1.2 et 2.1.3.

2.1.2 Déclenchement de l’interrupteur différentiellors du branchement d’un récepteurL’interrupteur différentiel déclenche (fig. 2), si l’onraccorde un récepteur sain et assez puissant à la priseSV, dans laquelle un pont subsiste par erreur entre leneutre et le conducteur de protection, ou à une autreprise, dans laquelle ce pont n’existe pas, mais qui estreliée en parallèle avec la prise SV.

Lors du raccordement du récepteur V, le courant IBs’écoule depuis la source de courant dans le conduc-teur de phase L, par le tore W de l’interrupteur dif-férentiel, traverse le récepteur V et revient à l’alvéoledu neutre de la prise SV. Le courant IB se partage àcet endroit en une partie IB’ qui repasse par le tore W,puis par le conducteur neutre N, tandis que l’autrepartie IB’’ s’achemine par le pont B et revient par leconducteur de protection PE. Ainsi IB’ et IB’’ serejoignent au point X et reviennent à la source decourant par le conducteur PEN. Comme les courantsIB et IB’ qui circulent à travers le tore W sont inégaux,l’interrupteur différentiel déclenche. En effet, le cou-rant IB du récepteur V doit être un peu plus grandque le courant nominal de déclenchement I∆n del’interrupteur différentiel, car celui-ci a été insensibilisépar l’effet décrit au § 2.1.1

2. Déclenchements dus à des erreursd’installation

L

N

BSV

PE

PEN X

IB

⇓⇑

PE

⇓ W

V

IB⇓

⇑IB

IB"

IB"

IB'

IB'

⇓IB

Figure 2

Z20

059

Ohne Namen-14 01.06.2001, 17:21 Uhr5

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PE

W

PEN

BSV V

IB

IB

L

N

PE

X X1

⇓ IB

⇓IB

X2

IB"

IB'

IB"

IB"

2.1.3 Déclenchement de l’interrupteur différentieldû au branchement d’un récepteur dans un circuitvoisinLorsque le neutre et le conducteur de protection sontreliés par erreur en aval d’un interrupteur différentiel,celui-ci peut déclencher, même si aucun récepteurn’est raccordé. Un déclenchement est possible oumême probable, bien que le courant du circuit voisinne passe pas par l’interrupteur différentiel. Si undéclenchement se produit, cela peut être dû, à lasensibilité I∆n du FI, au courant du récepteur ou auxlongueurs et aux sections des conducteurs danslesquels le courant circule. Quand le récepteur ducircuit voisin (fig. 3) est déjà en service, il est alorsimpossible d’enclencher l’interrupteur différentiel quidéclenche immédiatement.

Figure 3

2. Déclenchements dus à des erreursd’installation

Z20

060

Quelle doit être réellement sa valeur? On ne peut pasle dire, car on ne connaît ni la perte de sensibilité I∆ndue à ce pont neutre/conducteur de protection, ni larépartition du courant IB en IB’ et IB’’. Cette répartitiondépend du rapport des impédances entre X-X1 d’unepart et X1-B-X2-X d’autre part.Une liaison neutre/conducteur de protection quireprésente réellement un risque pour la sécurité àcause de la diminution de sensibilité I∆, comme décritaux § 2.1.2 et 2.1.3, est très rapidement décelée, caravec les déclenchements de l’interrupteur différentiel,l’exploitation est impossible. Si par contre le récepteurV est raccordé en amont du FI, celui-ci ne déclenchepas au branchement de V.

Lorsque le récepteur V est branché, un courant IBcircule de la source de courant, par le conducteur dephase L, traverse le récepteur V et retourne par leneutre. Cependant, le courant IB se partage au pointX1. La partie IB’ retourne à la source de courant par leneutre et le PEN; tandis que l’autre partie IB’’ traversele tore W et revient à la source de courant en passantpar le pont B, le conducteur de protection PE jusqu’aupoint X et enfin par le conducteur PEN. Comme iln’est pas compensé par un courant circulant dans leconducteur de phase, l’interrupteur différentiel peutdéclencher. Un déclenchement ne se produit que si uncourant IB circule dans le récepteur qui est fondamen-tal pour la sensibilité I∆n de l’interrupteur différentiel.

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2.2 Utilisation du conducteur de protectioncomme neutre

Ce récepteur qui ne nécessite pas de neutre estalimenté par les trois phases et sa carcasse est reliéeau conducteur de protection. Si par la suite un organeélectrique complémentaire, nécessitant une tensionde 230 V, doit être monté dans le récepteur, il manquealors le neutre. Par nonchalance, cet appareil complé-mentaire est alors branché entre une phase et leboîtier du récepteur qui est mis à la terre, car tirerultérieurement un conducteur de neutre coûte beau-coup trop cher. Cette solution est cependant nonseulement inadmissible, mais elle produit très proba-blement le déclenchement de l’interrupteur différentielqui est en amont (fig. 4).

Supposons que l’appareil Z, soit un ventilateur montédans le récepteur V et connecté entre la phase L1 et lacarcasse du récepteur V mise à la terre. Le courant IZde l’appareil Z circule dans le conducteur de phaseL1, traverse le tore W, puis à travers Z et retourne à la

source de courant par le conducteur de protection PE.Le courant IZ qui traverse le tore W n’est pas compen-sé par un courant de retour, de sorte que l’interrupteurdifférentiel déclenche. Comme il n’y a pas de neutreà disposition, on devrait logiquement installer untransformateur dans le récepteur V, pour alimenterl’appareil Z.Par mégarde, une liaison a été faite occasionnellemententre le point neutre SP et la carcasse du récepteur V.Cette liaison est inadmissible, car elle produit ledéclenchement de l’interrupteur différentiel. Lorsqu’onenclenche le récepteur V par exemple avec un contac-teur, une des phases est mise sous tension, avant lesdeux autres pendant une très courte durée. Le courantde phase s’écoule à la terre et l’interrupteur différentieldéclenche. Même si toutes les phases pouvaient êtreenclenchées simultanément l’inter-rupteur différentieldéclencherait, car les impédances des différentesphases ne sont jamais identiques.Par une liaison entre le point neutre SP et la terre,il circulerait toujours un courant transitoire.

2. Déclenchements dus à des erreursd’installation

PEN

L3

N

PE

Z

W

V

SP

IZ

PE

IZ

L1

L2

IZ

IZ

Figure 4

Z20

061

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2.3 Mise en parallèle des conducteurs deneutre

Lorsque plusieurs interrupteurs différentiels sontinstallés dans un réseau, il faut faire attention de nepas réunir les neutres après des interrupteurs différen-tiels. Cette erreur provoque le déclenchement d’unou de plusieurs interrupteurs différentiels (fig. 5). Lecourant IB du récepteur V circule dans le conducteurde phase L, puis à travers le tore W1 et le récepteur Vjusqu’au point X1. Avec la mise en parallèle desneutres à la sortie des interrupteurs différentiels(liaison entre les points X1 et X2), le courant IB separtage en X1. La partie du courant IB’ traverse le toreW1 et l’autre partie IB’’ retourne à la source de cou-rant en passant par le tore W2 de l’autre interrupteurdifférentiel. La somme vectorielle des courants quitraversent le tore de chaque FI n’est donc pas nulle etl’un des deux interrupteurs différentiels déclenche.

Un déclenchement se produit également, lorsqu’unseul interrupteur différentiel est monté dans un desdeux départs. Dans le cas présent, si les deux inter-rupteurs différentiels sont concernés par l’erreurd’installation, comme la somme vectorielle des cou-rants circulant dans les tores n’est pas nulle, les deuxinterrupteurs différentiels déclencheront. Il se peutnéanmoins qu’un seul des deux FI déclenche, car ledéclenchement d’un interrupteur différentiel se fait parun relais polarisé. Celui-ci réagit soit à l’alternancepositive, soit à l’alternance négative du courant dedéfaut. C’est pour cela que l’un ou l’autre ou, éventu-ellement, les deux interrupteurs différentiels déclen-chent. Quand l’un des deux FI réagit à la premièrealternance, l’inégalité du courant existant dans le torede l’autre interrupteur différentiel est supprimée par ledéclenchement du premier et le deuxième FI nedéclenche pas.

2. Déclenchements dus à des erreursd’installation

L

⇓ IB

W1

V

IB⇓ ⇑

X4

W2 ⇓

X3 N

X2X1

IB

IB"

IB' I

B"

IB"

IB ⇓

Figure 5

Z20

062

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2. Déclenchements dus à des erreursd’installation

W1 ⇓⇓

W2⇓

⇓⇓

⇓⇓

⇓⇓

⇓⇓

NB

LB

IBL ⇓ I

BN⇓

IBL ⇓ I

BN⇓

L N

LA

NA

V

IBL

'

IBL

'

IBL

'

IBL

"

IBL

"

IBL

"

IBN

**

IBN

**

IBN

**

IBN

*

IBN

*

IBN

*

Figure 6

Z20

063

2.4 Mise en parallèle d’interrupteursdifférentiels

Avec certains appareils électriques, le courant ou lapuissance peut être augmenté par une mise en paral-lèle, même si la plupart du temps c’est sous réserve.Avec les interrupteurs différentiels, cela n’est paspossible. Les interrupteurs différentiels branchés enparallèle déclenchent dès qu’un des récepteurs estenclenché (fig. 6).

Les interrupteurs différentiels reliés en parallèle sontreprésentés ici par leur tore respectif W1 et W2. Leréseau est alimenté en LA et NA, le ou les récepteursV sont raccordés en LB et NB. Le courant IBL durécepteur V circule dans le conducteur de la phase Ljusqu’au point LA où il se divise. La partie IBL’ passepar le tore W1 et l’autre partie IBL’’ par le tore W2. Cesdeux courants IBL’ et IBL’’ ne sont pas identiques, carles impédances des conducteurs entre LA et LB qui

traversent W1 et W2, ne sont pas absolument lesmêmes. Le courant IBN qui revient du récepteur V sedivise au point NB. La partie IBN* passe à travers letore W1 et la partie IBN** par le tore W2. Les courantspartiels IBN* et IBN** ne sont pas non plus de mêmegrandeur à cause des impédances inégales desparcours de courant dans W1 et W2. Comme lesimpédances du conducteur de phase et du conduc-teur neutre passant par W1 et W2 sont aussi différen-

tes, les courants partiels IBL’ et IBN* ainsi que IBL’’ etIBN** sont aussi inégaux. Comme la somme vectoriel-le des courants dans les tores n’est pas nulle, un oules deux FI déclenchent. Voilà pourquoi, il est établi auparagraphe 2.3 que les deux interrupteurs différentielsne déclenchent peut-être pas, bien qu’ils le devraientà cause de la somme vectorielle des courants dansles tores. Si deux interrupteurs différentiels sontcouplés en parallèle et qu’un seul déclenche à la mise

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2. Déclenchements dus à des erreursd’installation

IB

IB

W1

V

IB⇓

⇓IB

L

N

W2

IB

IB

Figure 7

Z20

064

en service, l’erreur de la mise en parallèle n’est pasremarquée. Il y a des dommages thermiques, carl’interrupteur différentiel qui est resté enclenché estsurchargé, si le courant du ou des récepteurs V estplus grand que l’intensité nominale In de l’interrupteurdifférentiel. C’est pourquoi: la mise en parallèle desinterrupteurs différentiels est interdite!

2.5 Interversion des conducteurs

Lorsqu’un réseau comprend plusieurs départs, il y ale risque d’intervertir les conducteurs de phase et lesneutres (fig. 7). Cette permutation provoque le déclen-chement de l’un ou des deux interrupteurs différentielsconcernés.

Les neutres sont croisés à la sortie des interrupteursdifférentiels. Le courant IB passe par le tore W1, lerécepteur V, puis par le conducteur neutre qui traversele tore W2. Ainsi, la somme vectorielle des courantsn’est pas nulle dans les deux tores, ce qui donne lieuau déclenchement de l’un ou des deux interrupteursdifférentiels. Si un seul des circuits raccordés estprotégé par un interrupteur différentiel, il est bienévident qu’un seul FI déclenchera.

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2. Déclenchements dus à des erreursd’installation

2.6 Alimentation par des côtés différents

Un interrupteur différentiel peut être alimenté par lehaut sur les bornes 1,3,5 et 7 ou par le bas sur lesbornes 2,4,6 et 8 (fig. 8). Le sens de l’énergie dansl’interrupteur différentiel ne joue aucun rôle. En revan-che, il est inadmissible de relier les conducteurs dephase aux bornes 1,3 et 5 et le neutre à la borne 8.

W

L1

L2

L3

1 3 5 7

2 4 6 8

V

IB

IB ⇓

⇓IB N

IB

IB ⇓

IB

⇓IB

Figure 8

Z20

065

Les phases L1, L2 et L3 sont raccordées aux bornes1,3 et 5 de l’interrupteur différentiel et le neutre N estrelié à la borne 8. Lorsqu’on enclenche le récepteur V,le courant IB circule dans le conducteur de phase L3,le tore W, traverse le récepteur V, la borne 7, traversele tore W, la borne 8 et le neutre N. Les courants IBcirculent dans le même sens à travers le tore W, desorte que leur somme vectorielle n’est pas nulle, parconséquent, l’interrupteur différentiel déclenche. Dansle schéma de la figure 8, cette erreur paraît incompré-hensible. C’est pourtant ce qui se passe avec des

dispositifs différentiels pour les forts courants, où leséléments sont séparés (tore, relais et disjoncteur), etoù l’on doit passer les câbles, à la main, à travers letore. Dans ce cas et selon la disposition des conduc-teurs dans le tableau, il peut paraître plus simple depasser le câble du neutre à travers le tore depuisl’autre côté, plutôt que comme le conducteur dephase.

Cette situation est déconcertante, car à la mise enservice d’un récepteur qui ne nécessite pas de neutre,il ne se produit pas de déclenchement. Si par exempleun moteur doit être enclenché par un contacteur etque quelqu’un lance le moteur en appuyant à la mainsur la barrette porte-contacts, le dispositif différentielne déclenche pas, puisqu’aucun courant ne circuledans le neutre. En revanche, le déclenchement seproduit, si le contacteur est enclenché normalementpar bouton-poussoir, parce que la bobine de com-mande du contacteur est raccordée entre une phaseet le neutre.

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3.1 Courts-circuits

Lors d’un court-circuit, la somme vectorielle descourants est toujours nulle. C’est pourquoi lors d’uncourt-circuit entre conducteurs de phase ou entre unconducteur de phase et le neutre, un interrupteurdifférentiel ne devrait pas déclencher. Conditionné parde faibles et inévitables asymétries dans le tore, ilapparaît, pour de fortes intensités, une légère ma-gnétisation du tore et l’interrupteur différentiel peutdéclencher. Mais comme en cas de court-circuit, leréseau est de toute façon déclenché par un coupe-surintensité, la réaction complémentaire del’interrupteur différentiel n’est normalement pasdéfavorable.

3.2 Mises à la terre

En cas d’une mise à la terre un courant fuit vers laterre, par conséquent, un interrupteur différentieldevrait réagir. Cependant, si le courant de fuite à laterre est interrompu par un coupe-surintensité montédans le réseau, en un temps inférieur au temps deréaction de l’interrupteur différentiel, ce dernier resteéventuellement enclenché. Cela est surtout le casavec des interrupteurs différentiels légèrementretardés ou retardés. Il n’y a toutefois aucun danger,car le réseau est déclenché par le coupe-surintensité.

3.3 Coups de foudre et surtensionsatmosphériques

Les coups de foudre peuvent créer des surtensionsdans un réseau. Les surtensions supérieures à 2000 Venviron peuvent produire des claquages entre unconducteur de phase et le conducteur de protection,par exemple dans une prise. Le courant qui s’écoulealors à la terre peut faire déclencher des interrupteursdifférentiels non retardés. Ces cas sont sans douteassez rares dans un réseau souterrain. Dans lesrégions où des surtensions sont occasionnées par defréquents phénomènes atmosphériques, il est recom-mandé d’installer des parafoudres et des interrupteursdifférentiels légèrement retardés; non seulement pouréviter le déclenchement intempestif des interrupteursdifférentiels, mais surtout pour protéger les appareilssensibles comportant des composants électroniques.

3. Déclenchements dus aux influencesextérieures

3.4 Influences magnétiques

Comme le déclencheur de l’interrupteur différentiel estbasé sur un principe magnétique, de forts champsmagnétiques peuvent donc l’influencer. L’enclenche-ment d’un gros contacteur (de plus de 100 A) montédirectement à côté d’un interrupteur différentiel peutprovoquer un déclenchement. Dans ces cas, il estsouhaitable d’augmenter la distance entre les deuxappareils ou de créer un blindage, en disposant unetôle de fer entre la source perturbatrice et l’inter-rupteur différentiel.

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4.1 Courant de fuite capacitifs de lignes

Tous les récepteurs et les lignes électriques ont unecertaine capacité par rapport à la terre. Une capacitéde ligne peut être représentée par un condensateurentre le conducteur de phase et la terre (fig. 9). Si leconducteur de phase est raccordé à une source decourant alternatif mise à la terre, le condensateur ouplus exactement la capacité de la ligne se charge etse décharge à la fréquence du réseau.

Si UPh est en volts, la fréquence en Hz et la capacitéen µF, le courant calculé avec la formule suivante seraen mA:

IC = 10-3 · UPh · 2 · π · f · C

Le conducteur neutre a aussi une capacité par rapportà la terre. Celle-ci ne donne lieu à aucun flux decourant dans le conducteur neutre, car la tension duneutre par rapport à la terre est pratiquement nulle.Un interrupteur différentiel est installé dans un réseau

4. Déclenchements dus à des courantsde fuite capacitifs

CL

IC

Tr

IC ⇓⇓

LW

IC

⇓⇓

N

PE

L

PEN

Z20

066

Figure 9

La source de courant Tr peut être un générateur decourant alternatif ou l’enroulement secondaire d’untransformateur. Le condensateur CL représente lacapacité du conducteur de phase L par rapport à laterre. La tension alternative aux bornes de l’enroule-ment LW entraîne un changement périodique desporteurs de charge par la ligne, la source de courantet la terre. Ce changement des porteurs de chargepeut être mesuré, avec une pince ampèremétriquesensible, comme courant (capacitif) IC dans le con-ducteur de phase, si possible lorsque celui-cin’alimente aucun récepteur.La valeur du courant IC est fonction de la tension parrapport à la terre, c’est-à-dire de la tension de phaseUPh, de la capacité de ligne CL et de la fréquence ƒde la source de courant. La formule permettant decalculer le courant capacitif est:

IC = UPh · 2 · π · f · C

unipolaire; il déclenche le courant de fuite capacitifdu conducteur de phase détecté comme un courantde défaut, lorsqu’il est suffisamment important.La capacité d’une ligne dépend de sa structure et dugenre de pose. On peut généralement compter avecune capacité de ligne de 0,1 µF par 1000 m de ligne.Dans un réseau à 50 Hz, un courant capacitif ICd’environ 7 mA circule dans chacun des conducteursde phase d’une ligne de 1000 m soumise à unetension de 230 V par rapport à la terre.La plupart du temps, les interrupteurs différentielsdéclenchent à l’enclenchement de la ligne. Lorsqu’onapplique la tension, la capacité de la ligne se chargeavec une forte pointe de courant ou un effet transi-toire. Pour la première pointe du courant de charge,on utilise la formule: . Dans cetteformule, IC est le courant de fuite capacitif qui circuleen permanence et IK le courant qui résulterait d’unemise à la terre se produisant environ au milieu de laligne.

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Pour une longueur de 1000m et une section de6 mm2, le courant IK de mise à la terre est d’environ100 A (avec une résistance de terre de l’ordre de lamoitié de la résistance du conducteur). En plus etavec le courant de fuite capacitif calculé de IC = 7 mA,on obtient une pointe du courant de charge

.L’impulsion du courant de charge ne dure guèrequ’une milliseconde, mais son énergie est suffisantepour provoquer le déclenchement d’un interrupteurdifférentiel non retardé. Dans un réseau triphasé lasomme vectorielle des courants de fuite capacitifs estnulle. A l’enclenchement d’une ligne triphasée, un desconducteurs de phase est mis sous tension avant lesdeux autres, c’est pourquoi la pointe du courant decharge ÎC est exactement la même qu’à l’enclenche-ment d’une ligne monophasée. Avec l’utilisationd’interrupteurs différentiels légèrement retardés ousélectifs, on évite des déclenchements causés par lespointes d’enclenchement. Il existe toujours certaineslimitations pour les longues lignes unipolaires. Lecourant de fuite capacitif Ic ne doit pas être supérieurà 50% du courant nominal de déclenchement del’interrupteur différentiel qui est monté en amont. Lesvaleurs suivantes ont été calculées avec une capacitéde 0,1 µF par 1000 m de ligne et avec une «réserve»de 30%.

Interrupteur différentiel I∆n = 10 mA:longueur de ligne max. = 500 m

Interrupteur différentiel I∆n = 15 mA:longueur de ligne max. = 750 m

Interrupteur différentiel I∆n = 30 mA:longueur de ligne max. = 1500 m

Interrupteur différentiel I∆n = 300 mA:longueur de ligne max. = 15000 m

Les interrupteurs différentiels peuvent aussi réagir audéclenchement d’une ligne capacitive ou du récepteurraccordé. Des déclenchements sont assez fréquentsavec des récepteurs inductifs (tubes fluorescents,bobines de contacteurs, etc).Lors du déclenchement d’un récepteur inductif, unesurtension apparaît à ses bornes, qui charge la capa-cité de la ligne. Lorsque le phénomène de coupure estterminé, c’est-à-dire que le conducteur de phase estséparé du réseau, la charge capacitive de la ligne sedécharge par le conducteur neutre. Ce processus dedécharge provoque le déclenchement de l’interrupteurdifférentiel. Ces déclenchements peuvent aussi êtreévités en utilisant des interrupteurs différentiels légère-ment retardés ou retardés.

4.2 Courants de fuite capacitifs descircuits de chauffage

Les chauffages de tubes ainsi que les conducteurschauffants noyés dans le revêtement de sol de grandslocaux ont souvent des longueurs importantes avecde grands courants de fuite capacitifs. Si ces élé-ments de chauffage sont répartis symétriquement surles trois phases, cela ne devrait pas créer de problè-me si l’on utilise des interrupteurs différentiels légère-ment retardés. Le chauffage ne peut cependant pasêtre régulé par l’enclenchement et le déclenchementd’un ou de deux conducteurs de phase. Lorsque tousles conducteurs de phase ne sont pas connectés, iln’y a pas de compensation vectorielle des courantsde fuite capacitifs des conducteurs de chauffageindividuels et les courants capacitifs qui provoquent ledéclenchement des interrupteurs différentiels montésen amont sont vite atteints.

4.3 Courants de fuite capacitifs de nattesde sol chauffantes

Avec les nattes de sol chauffantes, l’élément chauffantest constitué par une mince couche de carbone entredeux feuilles isolantes. Ces chauffages de sol, quisont noyés dans le revêtement de sol, ont des sur-faces de plusieurs mètres carrés et provoquent descourants capacitifs considérables. Selon la SN ASE1000-1, § 47325, il s’agit «d’unités de chauffageintégrées dans des parties de bâtiments». Quand cesnattes n’ont pas de blindage métallique mis à la terre,elles ne peuvent être utilisées, sans une protectiondifférentielle, que dans des locaux secs avec desemplacements isolés. Dans tous les autres cas, il fautmonter un interrupteur différentiel en amont dont lasensibilité I∆n n’est pas inférieure à 10 mA. Pour lessurfaces de chauffage de plus de 4 m2, le courant defuite capacitif est de l’ordre de 5 mA, surtout si lerevêtement de sol dans lequel la natte chauffante estnoyée, contient encore de l’humidité. Pour des cou-rants de défaut I∆n > 5 mA, un interrupteur différentielde 10 mA peut réagir. C’est pourquoi ces chauffagesdevraient être répartis symétriquement sur les troisphases. Si cela n’est pas ou n’est plus possible, lecourant de fuite capacitif IC peut être compensécomme le montre la figure 10.

4. Déclenchements dus à des courantsde fuite capacitifs

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4. Déclenchements dus à des courantsde fuite capacitifs

Tr

ICK ⇓

N

PE

L3ICV ⇓

PEN

L1

L2

W

1 3 5 7

2 4 6 8

ICV

CV

V

ICK⇓

ICK

⇓ICK

⇓ ICK

ICV

CK

Z20

067

Figure 10

Le récepteur V est par exemple une natte chauffanteavec un gros courant de fuite capacitif ICV qui estraccordée au conducteur de phase L3 et au neutre N.La capacité du récepteur V par rapport à la terre estreprésentée par le condensateur CV. Bien qu’ils’agisse d’un récepteur unipolaire, il est protégé parun interrupteur différentiel 3L+N, représenté dans leschéma de la figure 10, par le tore W. Celui-ci donnela possibilité de compenser, du moins partiellement,le courant capacitif ICV. En effet, le condensateur de

compensation CK est raccordé aux bornes 2 et 6 del’interrupteur différentiel W. D’autre part, la borne desortie 8 est reliée à la borne d’entrée 1.Le courant du récepteur n’est pas représenté dansle schéma, car il n’a aucune influence sur l’effet ducondensateur de compensation. Lorsque le récepteurV est enclenché, les courants capacitifs ICV et ICKcirculent par le conducteur de phase L3 et par le toreW jusqu’à la borne 6. Pendant que ICV circule par lerécepteur V et retourne à la source de courant Tr en

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passant pas la terre, le flux de courant ICK passe parle condensateur de compensation CK, par le tore Wjusqu’à la borne 1, puis par la liaison jusqu’à la borne8, il traverse le tore W et revient à la source de courantTr par le neutre. Le tore W est parcouru deux fois parles courants capacitifs, une fois dans un sens et deuxfois dans l’autre sens. De cette façon, si ICK estidentique à ICV, le courant de fuite capacitif ICV durécepteur V est compensé. Cependant les possibilitésrelatives à la compensation de ICV sont limitées. Si lerécepteur V est débranché, le courant de fuite capaci-tif ne circule plus et si le courant ICK est trop im-portant, il fait déclencher l’interrupteur différentiel. Lecondensateur de compensation CK ne doit pas êtretrop grand. Sa capacité CK dépend de la sensibilitéI∆n du FI. Pour une tension de 230 V par rapport à laterre, la capacité du condensateur de compensationne doit pas dépasser les valeurs suivantes:

Interrupteur différentiel I∆n = 10 mACondensateur de compensation max. 0,063 µF

Interrupteur différentiel I∆n = 15 mACondensateur de compensation max 0,1 µF

Interrupteur différentiel I∆n = 30 mACondensateur de compensation max 0,2 µF

Avec ces condensateurs de compensation, on peut entout cas compenser des courants capacitifs de 9 mA,14 mA et 18 mA. Le couplage de compensation décritpeut être utilisé pour tous les récepteurs unipolaires.L’interrupteur différentiel doit être du type FIK légère-ment retardé, car il faut toujours compter avec despointes d’enclenchement de courant capacitif relative-ment élevées.

4. Déclenchements dus à des courantsde fuite capacitifs

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ABB CMC COMPONENTS 1720122/A

La recherche de défauts demande souvent beaucoupde temps. Il faut d’abord déterminer dans quellesconditions un interrupteur différentiel a déclenché,à quel moment et au cours de quels manoeuvre etphénomène l’appareil semble avoir réagi sans raison.Est-ce que l’incident qui a produit le déclenchementest connu, s’agit-il d’un évènement reproductible, est-ce que les causes peuvent être circonscrites? Il estimportant de procéder systématiquement et de bienconnaître l’installation.Pour la recherche de défauts, un testeur d’isolementsuffit la plupart du temps. Le testeur envoie unetension continue d’environ 500 V dans l’objet à es-sayer et mesure le courant résultant. L’échelle demesure ou l’affichage n’est pas étalonné en ampères,mais en kΩ et en MΩ.Pour la recherche de défauts, il est recommandé deprocéder de la façon suivante: partons du principeque l’interrupteur différentiel fonctionne parfaitement.Si des mesures sont faites avec le testeur d’isolementet que deux interrupteurs différentiels sont concernéspar ce défaut, un seul doit être déclenché.

a) Appuyer sur la touche de test pendant au moins0,3 s. L’interrupteur différentiel doit déclencher. S’ilne déclenche pas, c’est qu’il y a probablement uneliaison entre le neutre et le conducteur de protec-tion (voir § 2.1).Si en appuyant sur la touche d’essai, c’est un autreFI qui déclenche, c’est que les neutres sont mis enparallèle (voir § 2.3).

b) Les interrupteurs différentiels déclenchent; faire unessai d’isolement après l’interrupteur différentielentre le neutre et le conducteur de protection. Si larésistance mesurée est nulle, il y a alors:– liaison entre le neutre et le conducteur de protec-

tion (voir § 2.1).– mise en parallèle des neutres (voir § 2.3).Si l’essai d’isolement est répété en inversant lespointes de touche, il est possible qu’un autreinterrupteur différentiel déclenche avec ce courantde test. Tout porte à croire qu’il existe, dans cecas, une mise en parallèle des neutres (voir § 2.3)ou une interversion des conducteurs (voir § 2.5).

c) Les interrupteurs différentiels déclenchent.Déclencher tous les récepteurs raccordés. Essaid’isolement après l’interrupteur différentiel entre lesconducteurs de phase et le conducteur de protec-tion. Si la résistance mesurée est petite (unerésistance nulle correspond à un court-circuit) ou sil’instrument de mesure indique la valeur maximumavec un certain retard, on a probablement affaire àdes courants de fuite capacitifs de la ligne.

Les courants capacitifs d’une ligne ou d’un récep-teur peuvent être mesurés relativement facilement:on coupe les récepteurs à l’extrémité de la ligne.Un conducteur de phase est mis sous tension àtravers un ampèremètre. Le courant indiqué est lasomme des courants de fuite ohmique et capacitifdu conducteur en question. Avec une isolation enparfait état le courant de fuite ohmique peut êtrenégligé, de sorte que le courant mesuré corres-pond pratiquement au courant de fuite capacitif.Il faut cependant être prudent: si tous les récep-teurs ne sont pas coupés à l’extrémité de la ligne àmesurer, ce n’est pas le courant de fuite capacitifdu conducteur qui est indiqué, mais éventuelle-ment le courant du récepteur ou une partie decelui-ci. Ce n’est pas pour longtemps, car lemilliampèremètre utilisé ne marche pas avec cettefaçon de procéder.

d) Si l’on ne trouve pas le défaut dans la distribution,il faut alors déclencher tous les circuits raccordés àl’interrupteur différentiel, y compris le neutre. Puison réenclenche un circuit après l’autre jusqu’aumoment où le défaut réapparaît. Lorsque le circuitincriminé est découvert, il faut chercher dansl’installation. Les conducteurs sont débranchésdans la prochaine boîte de dérivation et les circuitssont essayés les uns après les autres à partir de là.

5. Recherche de défauts

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6. Produits CMC pour la protectiondifférentielle

SIDOS prises de sécurité

Appareils pour montage fixe

Type suisse Type Schuko Fiche

Appareils mobiles

Prise enfichable

Interrupteurs différentiels

Interrupteur différentiel tétrapolaire Interrupteur différentiel bipolaire Disjoncteur différentiel

Avertisseur FI

Relais différentiel avec

tore magnétique

Disjoncteur à haut pouvoirde coupure avec protectiondifférentielle

Disjoncteur h.p.c. S500 / QFI

4000

6

4000

4

4001

9

4002

6

4027

2

4007

5

4007

6

4007

2

4008

3

4011

8

Ohne Namen-3 05.06.2001, 7:35 Uhr18

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2012

2/A

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