DISJONCTEUR DIFFERENTIEL

I - Présentation du disjoncteur différentiel :

1 : Bouton poussoir de test ;
2 : Bouton de réarmement du différentiel ;
3 : Réarmement du disjoncteur ;
4 :
Type et calibre du disjoncteur ;
5 : Sensibilité du différentiel.

L’appareil ci-dessus est constitué :

Pour cette raison l’appareil est appelé " disjoncteur magnéto-thermique différentiel ".

 

II - Idée du fonctionnement et de la constitution du disjoncteur thermique différentiel :

1. Fonctionnement :

le différentiel est principalement constitué d’un tore sur lequel sont bobinés deux enroulements constitués par le fil de phase et le fil neutre de l’installation dont il doit protéger les utilisateurs.

Tant que les intensités dans le fil neutre et le fil de phase sont identiques, le disjoncteur différentiel reste fermé. Dès que les intensités deviennent différentes alors le différentiel ouvre le circuit.

2. Constitution :

sur le schéma ci-dessous, on distingue les deux enroulements principaux qui entourent le tore.

La bobine marquée " 6 " est la bobine de détection.

1 : pôles de puissance du disjoncteur ;
2 : déclencheur thermique (il ouvre le circuit en cas de surcharges) ;
3 : tore ;
4 : bobinages principaux ;
5 : déclencheur magnétique (il ouvre le circuit en cas de court-circuit) ;
6 : bobine de détection (c’est elle qui détecte une différence d’intensités dans les fils de phase et neutre) ;
7 : relais de détection sur lequel agit la bobine de détection ;
8 : bouton de réarmement.

 

III - Sensibilité d’un différentiel :

Sur la face avant du différentiel représenté ci-dessus, figure l’indication : 0,03 A.

Cette indication représente la sensibilité du différentiel. Elle signifie que le différentiel ouvre le circuit de l’installation dès que la différence entre l’intensité du courant dans le fil de phase et l’intensité du courant dans le fil neutre atteint 30 mA.

Remarque : il existe pour les différentiels d’autres sensibilités : 500mA par exemple. Un tel différentiel de 500 mA est dit moins sensible qu’un différentiel de 30 mA et il garantit bien sûr moins de sécurité.

 

IV - Sécurité des personnes : étude des situations de chocs électriques :

Compléter les croquis ci-dessus pour que le personnage soit en situation d’une part de contact direct, d’autre part, en situation de contact indirect.

Noter, en couleur, le parcours des courants.

Manipulation : câbler sur le pupitre les deux situations exposées ci-dessus. Mesurer dans les deux cas le courant qui circule dans le corps du personnage puis la tension à laquelle celui-ci est soumis. Sur les croquis ci-dessous, mettre en place les appareils de mesure. On notera que la tension sera mesurée par rapport au sol (ne pas oublier de multiplier par 8 la tension mesurée sur le pupitre).

Courant qui circule dans le corps du personnage :

IC =..................................

Tension appliquée au corps du personnage :

UC =................................

Courant qui circule dans le corps du personnage :

IC =..................................

Tension appliquée au corps du personnage :

UC = ...............................

Exploitation des résultats obtenus :

Le danger d’un choc électrique est fonction de :

(voir tableau ci-dessous)

Utilisation du tableau :

IC = 15 mA

La verticale 15 mA détermine 2 types de risques

Plus le numéro de la zone dans lequel se situe le contact électrique est élevé plus le risque est grand. Dès la zone 3 il y a danger de mort.

Conclure quant au danger auquel se trouvent exposés les personnages dans les schémas ci-dessus.

Une autre forme de contact direct :

Bien que moins fréquent que les deux cas étudiés précédemment, celui-ci présente autant de danger.

Noter en couleur sur le document ci-contre, le parcours des courants.

Mesurer le courant IC et la tension UC.

IC =.........................

UC = .................................

En utilisant la courbe ci-dessus , évaluer le risque.

V - Manipulation : mise a la terre d’un appareil ; rôle du différentiel. Notions de bonne et de mauvaise terre.

1. Mise à la terre :

sur le schéma ci-dessous, un fil conducteur relie la carcasse de l’appareil, à la terre.

On dit que l’appareil est mis a la terre.

2. Comment est réalisée une prise de terre ?

La réalisation d’une prise de terre est illustrée par les deux schémas ci-dessous.

La prise de terre réalisée à fond de fouille est "meilleure" que celle réalisée avec un piquet.

Remarque : il est interdit d’utiliser comme prise de terre les canalisations de gaz, de vidanges, de chauffage central. Mais il est important de mettre ces canalisations à la terre.

 

3. Résistance d’une prise de terre :

plus la résistance d’une prise de terre est faible, meilleure est cette prise de terre ;

la résistance de la prise de terre dépend de la nature (plus ou moins conductrice) du sol, du taux d’humidité et de la température. Elle dépend également de ses dimensions et de sa forme.

4. Découverte expérimentale d’une "bonne" et d’une "mauvaise" prise de terre :

a) Réaliser le montage expérimental ci-dessous (neutre à la terre).

Mettre sous tension et simuler un défaut d’isolement entre la phase du récepteur et l’enveloppe métallique de celui-ci (en branchant un cordon entre la tête et la queue de la flèche " en zig -zag " qui figure sur le schéma).

Constatation :

Au moment où le défaut d’isolement apparaît une partie du courant passe directement à la terre. Les intensités dans le fil neutre et le fil de phase ne sont plus, alors, égales et le disjoncteur " disjoncte ".

En employant la loi d’Ohm, estimer la valeur du courant qui a circulé dans le conducteur de terre pendant cet essai.

Comparer cette intensité avec la sensibilité du différentiel.

Dès qu’apparaît le défaut d’isolation au niveau de l’appareil relié à la terre de 47 W , le différentiel ouvre le circuit .

On dit que :

" cette terre de résistance 47 W est une bonne terre ".

b) Reprendre la même expérimentation que ci-dessus mais en raccordant l’enveloppe métallique à une terre de 2000 W .

Constatation ?

Interprétation :

Calculer l’intensité du courant "de fuite" par la terre de résistance 2000 W et comparer cette intensité à la sensibilité du disjoncteur différentiel.

Conclusion : avec la carcasse de l’appareil relié à une terre de 2000 W , le différentiel ne joue plus son rôle.

On dit que :

cette terre de 2000 W est une mauvaise terre ".

En tenant compte du calibre du différentiel, de la tension maxi admissible entre le sol et la carcasse en défaut (24 V), calculer la valeur maximale que devra avoir la résistance de terre (faire le calcul à l’échelle réelle).

Uc max = ..................V

ID max =.....................mA.

RT max = .................... W .

5. Protection des personnes par le différentiel :

a) Toujours dans le cas où la carcasse métallique est reliée à une terre de 2000 W , simuler un défaut d’isolement et mesurer la tension qui apparaît entre le sol et la carcasse (multiplier la mesure par 8).

Uc =.........................

En supposant qu’une personne touche à la carcasse et que la résistance globale de cette personne est de 1200 W , calculer la valeur du courant qui circulera dans le corps de cette personne (à échelle réelle).

UC = ....................

RC = ....................

IC =......................

b) En utilisant le personnage de simulation de la maquette, tester la situation exposée ci-dessus.

Constatations :

En exploitant les résultats de la question 4., expliquer ce qui s’est passé pendant la simulation.

Sachant que le disjoncteur employé (disjoncteur différentiel haute sensibilité) déclenche en moins de 30 ms, évaluer en utilisant la courbe ci-jointe les risques encourus par la personne placée dans cette situation.

Dans les mêmes conditions de défaut, mais en utilisant un disjoncteur différentiel 500 mA, pourrait-on tenir le même raisonnement que dans la question 5. et pourquoi ?

6. A retenir :

a) Sans terre ou avec terre déconnectée :

S’il existe un défaut d’isolation au niveau d’un appareil, le différentiel ne détectera pas de différence entre le courant dans la phase et le courant dans le neutre et la carcasse métallique sera portée au potentiel d’alimentation de l’appareil.

Si une personne touche alors à la carcasse, le différentiel de 30 mA peut sauver l’utilisateur mais un différentiel de 500 mA ne sert à rien.

b) Avec mauvaise terre ou cosses desserrées :

La résistance de terre étant trop élevée, le courant de fuite sera inférieur au courant de déclenchement du différentiel. Celui-ci ne déclenche pas et ne sert donc à rien.

Si une personne touche à la carcasse d’un appareil mal isolé elle ne peut être sauvée que par un différentiel de 30 mA.

c) Avec une " bonne " terre :

En cas de mauvaise isolation d’un appareil, le courant de défaut sera supérieur au calibre du différentiel et celui-ci ouvrira ses contacts et mettra l’installation hors tension.

La protection remplira donc son rôle avant qu’une personne rentre en contact avec la carcasse métallique.

 


Académie de Poitiers
Courrier électronique : alain.drouglazet
Dernière mise à jour : 05/03/99