Chapitre 07 · Sujet 6 sur 6
Les protections différentielles
Fonctionnement, types, sensibilités et coordination des dispositifs différentiels dans une installation tertiaire, en lien avec le schéma de liaison à la terre et les courants de fuite.
Niveau 1
L'essentiel
- Un différentiel compare le courant qui part par les conducteurs actifs et celui qui revient. S'il manque du courant, c'est qu'il fuit ailleurs (par la terre, ou par une personne) : il coupe.
- La sensibilité IΔn indique le courant de fuite qui le fait déclencher : 30 mA (haute sensibilité), 300 mA, etc.
- Un différentiel 30 mA est une protection additionnelle des personnes. Un différentiel ne protège pas contre les surcharges ni les courts-circuits entre conducteurs actifs, sauf s'il est combiné à un disjoncteur.
- Il existe plusieurs types : AC, A, F, B. Ils se distinguent par les formes de courant de fuite qu'ils détectent.
- Le bouton test se manipule régulièrement : il vérifie la mécanique du différentiel, pas la qualité de la terre.
Comprendre
Le principe
Dans un circuit sain, tout le courant qui part revient. Le différentiel fait passer tous les conducteurs actifs (phases et neutre) dans un tore magnétique. Si les courants s'équilibrent, rien ne se passe. Si une partie du courant s'échappe vers la terre, le tore détecte la différence et provoque l'ouverture.
Les sensibilités
- 30 mA : protège les personnes en cas de contact direct accidentel (le courant qui traverse le corps fait déclencher). En bâtiment non domestique, le RGIE la recommande (protection complémentaire contre les contacts directs, appareils alimentés par câble souple, conditions d'utilisation sévères) et l'impose dans certains lieux : salles d'eau, campings, marinas, circuit de chaque borne de recharge.
- 300 mA (et plus) : protège contre les défauts d'isolement des appareils (contacts indirects en schéma TT) et limite le risque d'incendie dû aux fuites.
Les types
- AC : fuites en courant alternatif sinusoïdal.
- A : en plus, fuites en courant continu pulsé (appareils électroniques monophasés).
- F : en plus, fuites à fréquences mélangées (petits variateurs monophasés, pompes à chaleur, machines à laver récentes).
- B : en plus, fuites en courant continu lisse (variateurs triphasés, certains onduleurs, certaines bornes de recharge).
La notice de l'appareil indique souvent le type de différentiel à prévoir.
Sur le terrain
Dans un bureau à Uccle, le différentiel 30 mA d'un circuit de prises déclenche chaque matin à l'allumage. Vingt postes informatiques y sont branchés. Chaque alimentation laisse fuir un petit courant permanent vers la terre ; additionnés, ils approchent du seuil du différentiel. Solution : répartir les postes sur plusieurs circuits, chacun avec son différentiel. L'électricien vérifie aussi qu'aucun appareil n'a un vrai défaut d'isolement, avec une mesure d'isolement.
Erreurs fréquentes
- Croire qu'un différentiel protège contre les courts-circuits entre phase et neutre.
- Brancher le neutre d'un circuit en aval sur le neutre d'un autre différentiel : déclenchements aléatoires.
- Installer un type AC devant un appareil qui exige un type A, F ou B.
- Ne jamais appuyer sur le bouton test.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Le différentiel peut déclencher entre IΔn / 2 et IΔn : les fuites permanentes doivent rester bien en dessous de IΔn / 2.
- En schéma TT, la protection contre les contacts indirects repose sur la condition IΔn × RE ≤ UL (UL = 50 V en BB1, 25 V en BB2), avec en non domestique RE ≤ 500 Ω ou 250 Ω selon le lieu.
- Sélectivité entre différentiels : un différentiel amont retardé (type S ou temporisé) et une sensibilité amont nettement plus élevée que l'aval.
- Le type se choisit d'après la nature des courants de fuite des charges ; un type B ne doit pas être placé en aval d'un type A ou AC qui serait « aveuglé » par le courant continu.
- RGIE en non domestique : 30 mA recommandé (5.3.5.3 i), imposé dans certains lieux (salles d'eau, bornes de recharge…) ; ≤ 300 mA obligatoire dans les lieux BE2, BE3 et CA2, avec un retard limité (tableau 4.9).
Approfondir
Seuils de fonctionnement
Les normes produits garantissent le non-déclenchement en dessous de IΔn / 2 et le déclenchement à IΔn. Entre les deux, le comportement dépend de l'appareil. Le RGIE demande de choisir les différentiels et de répartir les charges pour que les fuites normales ne provoquent pas de coupure intempestive (5.3.5.3 d). En pratique, on limite la somme des fuites permanentes d'un circuit à une fraction de IΔn (0,3 × IΔn est une règle de conception courante).
Schéma TT
Un défaut d'isolement porte la masse à la tension UC = RE × Id, où RE est la résistance de dispersion de la prise de terre des masses. Le RGIE exige IΔn × RE ≤ UL (Livre 1, 4.2.3.4 c.2), avec UL = 50 V pour BB1 (peau sèche), 25 V pour BB2 (peau mouillée), 12 V pour BB3 (tableau 2.3). En non domestique s'ajoute un plafond : RE ≤ 500 Ω dans les lieux secs et non conducteurs (AD1, BB1, BC1), ≤ 250 Ω ailleurs (4.2.4.4 d). Les deux conditions se cumulent. Voir le schéma TT et la prise de terre.
Lieux à danger d'incendie accru
Dans les lieux BE2, BE3 ou CA2, les circuits BT sont protégés par un différentiel de 300 mA au plus. Son retard est limité (4.3.3.6 d, tableau 4.9) : en BE2 ou CA2, au retard calculé comme si le différentiel était la seule protection contre les contacts indirects ; en BE3, aucun retard. En schéma TN-S, le RGIE tolère de s'en passer si une liaison équipotentielle supplémentaire d'au moins 10 mm² est installée, avec des raccordements visibles.
En schéma TN, la protection contre les contacts indirects est d'abord assurée par les dispositifs de surintensité ; les différentiels apportent la protection additionnelle (30 mA) et peuvent pallier une impédance de boucle trop élevée.
Sélectivité différentielle
Deux conditions :
- temps : l'amont est de type S (sélectif) ou temporisé, pour laisser l'aval couper d'abord ;
- courant : la sensibilité amont est nettement plus élevée que l'aval (un rapport d'au moins 3 est souvent recommandé), car l'aval peut ne déclencher qu'à son IΔn alors que l'amont peut déclencher dès son IΔn / 2.
Organisation courante en tertiaire : 300 mA sélectif en tête d'un TD, 30 mA instantanés sur les groupes de circuits de prises. Dans un lieu BE3, un amont retardé n'est pas admis (tableau 4.9). La sélectivité entre protections de surintensité est traitée dans sélectivité et filiation.
Choix du type
| Charge | Courants de fuite possibles | Type habituellement requis |
|---|---|---|
| Résistive, éclairage simple | Alternatif | AC ou A |
| Électronique monophasée | + continu pulsé | A |
| Variateur monophasé, pompe à chaleur | + fréquences mélangées | F |
| Variateur triphasé, onduleur, certaines bornes | + continu lisse | B |
Le RGIE impose au moins le type A en installation domestique (5.3.5.3 a). En présence de composantes continues, l'une des mesures de 5.3.5.3 f est prise : matériel qui n'en produit pas, classe II, transformateur de séparation, différentiel dont le fonctionnement reste garanti avec une composante continue, ou différentiel associé à un dispositif de détection de courant continu. Pour chaque circuit dédié d'une borne de recharge, le RGIE exige un différentiel de 30 mA au plus, avec l'une de ces deux dernières solutions, placée dans l'installation fixe ou dans la borne (7.22.4.1) : une borne qui intègre une détection du courant continu permet donc un type A en amont. Pour les variateurs, suivez la notice du fabricant.
Exemple chiffré
1. Condition TT. Bâtiment non domestique en schéma TT, lieu sec et non conducteur (AD1, BB1, BC1 : UL = 50 V), RE mesurée = 40 Ω, différentiel 300 mA en tête. Calcul avec la loi d'Ohm (calculateur) :
- Tension de contact au seuil : UC = 40 × 0,3 = 12 V ≤ 50 V. Conforme ; et 40 Ω ≤ 500 Ω.
- RE maximale : 50 / 0,3 ≈ 167 Ω avec 300 mA (plus sévère que 500 Ω) ; avec 30 mA, 50 / 0,03 ≈ 1 667 Ω, mais le plafond non domestique ramène la limite à 500 Ω.
2. Courants de fuite. Plateau de 24 postes informatiques. Fuite permanente par poste (alimentation, écran) : 1 mA (valeur d'exemple, à lire sur la fiche ou à mesurer). Règle de conception : fuites ≤ 0,3 × IΔn.
- Par différentiel 30 mA : 0,3 × 30 = 9 mA, soit au maximum 9 postes.
- 24 postes : 24 / 9 ≈ 2,7, donc 3 groupes au minimum, par exemple 3 × 8 postes (8 mA par différentiel).
3. Sélectivité. En tête du TD : 300 mA type S. En aval : trois 30 mA instantanés de type A (alimentations électroniques). Rapport 300 / 30 = 10 et amont retardé : un défaut sur un groupe ne coupe que ce groupe.
Erreurs fréquentes
- Placer deux différentiels instantanés de même sensibilité en série : aucune sélectivité.
- Croire qu'une sensibilité amont plus élevée suffit : un 300 mA instantané en amont d'un 30 mA instantané déclenche lui aussi sur un défaut franc de plusieurs centaines de milliampères ; l'amont doit être retardé.
- Charger un 30 mA avec trop d'appareils électroniques : déclenchements « inexpliqués ».
- Installer un type A en amont d'une charge pouvant produire du courant continu lisse.
- Ne pas mesurer la résistance de terre en TT et supposer qu'un 30 mA suffit quelle que soit sa valeur : en non domestique, RE reste plafonnée à 500 Ω ou 250 Ω.