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La nature des risques et leurs conséquences

La gravité des effets du courant sur le corps humain est principalement fonction de son intensité et de sadurée de passage.

Le courant électrique agit surle corps humain.

Lorsqu’il est soumis à une ten-sion, celui-ci réagit comme unrécepteur classique possédant unerésistance interne donnée.

Le courant électrique qui le parcourt engendrealors trois risques graves :

Le blocage musculaire. C’est la tétanisation : le courantmaintient contractés les musclestraversés. Au niveau de la cagethoracique, le phénomène peutentraîner un blocage respiratoire.

La fibrillation ventriculaire. L’action du courant désorganisecomplètement le rythme cardiaque.

Les effets thermiques. Ils provoquent des lésions tissu-laires plus ou moins graves, jusqu’àdes brûlures profondes en fonctionde l’importance du courant.

Ces risques dépendent de deux facteurs :

Le temps de passage du cou-rant à travers le corps.

L’intensité du courant.

Ces deux facteurs sont indé-pendants l’un de l’autre. Le degréde gravité du risque sera plus oumoins important en fonction de lavaleur de chaque facteur.

En pratique, on définit l’intensitédu courant à partir d’une tension,dite de sécurité, normalisée à 50 V.

Elle tient compte du courantmaximum que peut supporter unêtre humain dont la résistanceélectrique interne est minimum dans des conditions déterminées.

Elle tient compte aussi de ladurée maximale du temps de passage du courant admissiblesans effet physiopathologique dangereux.

La NF C 15-100 impose dansune installation des dispositifs deprotection qui vont limiter cesrisques. Ils s’appuient sur lestableaux consignés dans la normeIEC 60479.1 qui déterminent lecomportement du corps humain enfonction de paramètres précis : ten-sion, intensité, temps, environne-ment (sec, mouillé, etc.), et résis-tance du corps humain.

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Ph

T

Uc

Ic

N Ph

TContact indirect

Contact direct

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3

5

R (K Ω)

4

3

2

1

25 50 250 Uc(v)

Peau sèchePeau humidePeau mouilléePeau immergée

380

c1 c3c2

AC-2 AC-4AC-1 AC-3

30 mA

a b

AC-4.1AC-4.2AC-4.3

10 000

2000

5000

1000

500

200

100

50

20

100,1

0,20,5

12

510

2050

100200 500

10002000

500010 000

Du

rée

de

pas

sag

e d

u c

ou

ran

t t

en m

s

Courant dans le corps ∆ en mA

Tensionde contact

Uc (V)

Courantpassant par lecorps humain

In (mA)

Tempsde passage

maximalTn (s)

Impédenceélectrique

Zn (ohms)

5075100150230300400500

29466297

153203276350

≥ 50,600,400,280,170,120,070,04

17251625160015501500148014501430

Désignationde la zone

Augmentant avec l'intensité et le temps, des effets pathophysiologiquestels qu'arrêt du coeur, arrêt de la respiration, brûlures graves peuventse produire en complément avec les effets de la zone 3.Probabilité de fibrillation ventriculaire jusqu'à environ 5 % C1- C2Probabilité de fibrillation ventriculaire jusqu'à environ 50 % C2- C3Probabilité de fibrillation ventriculaire supérieure à 50 %.

Effets physiologiques

* Pour des durées de passage de courant inférieures à 10 ms, la limite du courant traversant le corps pour la ligne b reste constante et égale à 200 mA.

zone AC-1

zone AC-2

zone AC-3

zone AC-4.1zone AC-4.2zone AC-4.3

zone AC-4

habituellement aucune réaction.

habituellement, aucun effet physiologique dangereux.

habituellement aucun dommage organique ; probabilité de contractionsmusculaires et de difficultés de respiration pour des durées de passagedu courant supérieures à 2 s. Des perturbations réversibles dans laformation et la propagation des impulsions dans le coeur, y compris lafibrillation ventriculaire et des arrêts temporaires du coeur sans fibrillationventriculaire, augmentant avec l'intensité du courant et le temps.

Courant circulant dans le corps,temps de passage du courant

Ces courbes donnent les différentes zones des effets du courant alternatif sur les personnes. Elles sont issues de la IEC 60 479 et déterminent 4 zones principales de risques.Exemple : à 30mA, il n’y a habi-tuellement pas de danger jusqu’à300ms.

Les quatre zones principales de risques

Courbe de variationR = f (Uc, environnement)

Cette courbe donne les variationsde la résistance du corps humain en fonction de la tension de contact et de l’état de la peau.

Quels temps de coupure pour quelles tensions de contact ?

Exemple : sous une tension de 230 V, le contact avec un conducteur peut produire un courant de 153 mAdans le corps humain. Ce courant doit être coupé en moins de 0.17 secondes pour éviter tout risque.

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Les contacts directs

I l s’agit de la mise en contactd’une personne avec une partieélectrique d’équipement ou d’ins-tallation sous tension.

C’est par exemple quelqu’un quitouche un câble sous tension mal-encontreusement, un enfant qui intro-duit un objet métallique dans uneprise de courant, le contact avec unprolongateur mâle /mâle ou un cor-don d’essais non protégés.

La protection des personnescontre les contacts directs supposela mise en œuvre de moyens com-plémentaires, comme l’utilisation dela TBTS (Très Basse Tension deSécurité), les mesures d’isolation(barrières, enveloppes, coffrets fer-més, prises éclips) et les dispositifsdifférentiels 10 ou 30 mA.

Rappelons que la protection dif-férentielle est obligatoire pourtoutes les prises de courant infé-rieures ou égales à 32 A, soit entête de ligne, soit sur le socle, pourtous les circuits des salles d’eau,ainsi que sur les quais des ports deplaisance, sur les installations tem-poraires, les chantiers, les piscines,les campings, les installations fo-

Phou N

Ph

Ph

TContacts directs

L’origine des contacts directs est liée à l’homme.

L’arrêté ministériel du 6/01/92admet des dérogations au para-graphe 532.2.6.1 de la normeNF C 15-100, relatif à l’imposi-tion de protections différentielles30 mA sur les postes informa-tiques, dans le cas de matériel declasse I, fixe ou semi-fixe, installéssur des emplacements autres queceux visés au II de l’article 8 dudécret du 14/11/88, et lorsquela coupure non provoquée par undéfaut d’isolement de l’alimenta-

tion de ces matériels est incom-patible avec les exigences decontinuités de service.Il faut à ce moment là que : le chef d’établissement s’en-

gage, par écrit, à ce qu’il nesoit jamais connecté, sur cesprises non protégées, d’autresappareils que ceux spécifiés.

chacune de ces prises disposed’un marquage distinctif.

NB : ces cas dérogatoires restentexceptionnels.

Dérogations

raines, les établissements agricoleset horticoles.

Elle est fortement conseillée dansles autres cas.

Quelle est l’incidencedes “schémas de liaisons à laTerre” dit “régimes de neutre” ?

Quel que soit le régime duneutre, en l’absence d’autres dis-positions particulières telles quetransformateur d’isolement ou ins-tallation réalisée totalement enclasse II, les dispositifs différentiels30 mA sont seuls en mesure d’as-surer la protection en cas decontacts directs.

Ils sont d’ailleurs rendus obliga-toires dans la plupart des pays surles circuits où le risque de contactsdirects est élevé, notamment auniveau des prises de courant, carles appareils connectés sont mani-pulés par des non-professionnels etnon contrôlés.

Exemple : un individu brancheune perceuse raccordée par un filpartiellement dénudé sur une prisede courant de 230 V, il touche ma-lencontreusement, directement unepartie nue sous tension et prend un“choc électrique”.

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L3

L2

L1

N

16 A - 30 mA

Schéma TT contact direct

Trajet du courant de défaut

230 V O

L3

L2

L1

N

16 A - 30 mA

Schéma IT contact direct

Trajet du courant de défaut

230 V O

Impédance2000 Ω

L3

L2

L1

N

16 A - 30 mA

Schéma TN contact direct

Trajet du courant de défaut

230 V O

Schéma TT

L’impédance de la boucle de défaut est importante : celle del’homme (environ 2000Ω) s’ajouteà celle de la prise de terre (50Ω).D’où l’équation simplifiée :230V/2000Ω + 50Ω = 112 mA.

Un interrupteur différentiel de300 mA serait inopérant, pas plusqu’un disjoncteur 16 A protégeantla ligne contre les surcharges etcourts-circuits, puisqu’ils ne pour-raient détecter les 112 mA de cou-rant de défaut. Il faut donc installerun différentiel de 30 mA.

La personne subira un choc élec-trique, mais sans risque physiopa-thologique dangereux : dans lasituation décrite, la coupure du cir-cuit électrique intervient en moinsde 50 ms

Schéma ITL’impédance de la boucle de

défaut est très élevée. Aux impé-dances précédentes, s’en rajoute uneen série de 2000 Ω par exemple.230V/2000Ω + 2000Ω + 50Ω= 57 mA.

Même conclusion que précé-demment.

Schéma TNLe raisonnement et les calculs

sont identiques: i = 230V/2000Ω + 50Ω = 112 mA

La solution reste toujours l’ap-pareil différentiel de 30 mA.

Comme on peut le constater, lesdispositifs différentiels constituentune solution curative, et non pré-ventive, aux contacts directs des per-sonnes avec le courant électrique.

Schéma TN

Schéma IT

Schéma TT

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Les contacts indirectsL’origine des contacts indirects est indépendante de la personne. Elle est liée à un défaut interne du matériel.

Qu’est ce qu’un contact indirect?Une personne touche une massemétallique mise accidentellementsous tension. Ce type de contact esttrès dangereux du fait, contrairementau contact direct, qu’il est latent.L’exemple le plus fréquent est illustrépar les défauts d’isolement d’appa-reils ou de machines électriques.

Dès que le courant de défaut pro-voque une élévation du potentiel dela masse supérieure à 50 V, la per-sonne est en danger d’électrocution.

Il existe plusieurs moyens de protection contre les contacts indirects, comme le recours à laclasse II, indépendante des régimesde neutre et exigée par la norme NF C 15-100.

Les dispositifs de coupure auto-matique de l’alimentation sont, eux,dépendants des régimes de neutre.

Au préalable, rappelons que leprincipe repose sur le fait que le cou-rant de défaut doit être évacué parla terre, ce qui le rend aisémentdétectable.

Par conséquent, il est impératifd’installer une terre de faible impé-dance et de relier toutes les massesà cette terre.

Quelle est l’incidence des régimes de neutre ?

En régime de Neutre TT

Le courant de défaut se refermepar la boucle comprenant les prisesde terre du neutre et des masses.

La protection doit être réaliséepar un différentiel dont la sensibi-lité (I∆n) est déterminée par la résis-tance de la prise de terre desmasses (Rm) et de la tension limitede sécurité (UL).

Le seuil de sensibilité I∆n de cedispositif est tel que: I∆n < UL / Rm.

Dans la pratique, on utilise des dif-férentiels de 100, 300, voire 500mA associés à des terres inférieuresà 100Ω dans des locaux secs.Lorsque la terre est mauvaise (supé-rieure à 100 Ω), et dans les locauxhumides (une salle de bains parexemple), la sensibilité de 30 mA estnécessaire.

En régime de Neutre ITLe courant de premier défaut

d’isolement est limité, par l’impé-dance de liaison à la terre du pointmilieu du transformateur (2000Ω),

N Ph

T

Contact indirect

∆ ∆ ndifférentiel

≤ 30 mA100 mA

R Terre(Ω)(Ω)

UL : 50V> 500

500167300 mA100500 mA501 A173 A

Sensibilité I∆n en fonction de

la résistance Rm de la terre

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et à une valeur telle qu’il n’enrésulte pas de tensions de contactdangereuses.i≈230V/2000Ω ≈100mA(équation simplifiée)

La protection ne requiert pas decoupure, ce qui permet de main-tenir la continuité de service.

Au second défaut d’isolement, lacoupure automatique doit intervenir.

Le défaut phase/masse dégé-nère en court-circuit équivalent à undéfaut phase/phase. Le dispositif de protection contre les courts-circuits (disjoncteur) va donc lerepérer et l’éliminer instantanément.

La protection contre les contactsindirects est assurée par les dis-joncteurs en régime IT. Les diffé-rentiels sont inutiles (N.B. : le pôlede neutre doit aussi être protégé).

En régime de neutre TNLa particularité du régime TN est

de disposer d’un conducteur neutreet d’un conducteur de terre distri-bués. En TNC, ces deux conduc-teurs sont confondus (P.E.N.), enTNS ils sont séparés P.E. et Neutre.

Le courant de défaut se refermealors par le conducteur neutre etdevient un courant de court-circuitphase/neutre.

La protection est assurée par ledisjoncteur et rend inutile un dis-positif différentiel. En régime deneutre TN, il convient toutefois des’assurer de la bonne coordinationentre les calibres et les longueursde ligne. Si ces dernières sont tropimportantes, l’installation d’un dis-positif de protection différentiel estnécessaire.

L3

L2

L1

N

Schéma TT contact indirect

230 V O

Trajet du courant de défaut

300 mA

Impédance2000 Ω

Pas dedanger pourles personnes0v

L3

L2

L1

N

Schéma IT contact indirect

230 V

230 V

O

Trajet du courant de défaut

L3

L2

L1

N

Schéma TN contact indirect

230 V

T.N.S

T.N.CO

Trajet du courant de défaut

Schéma TN avec un 2ème défaut d’isolement

Schéma TT

Impédance2000 Ω

1er défaut(idemprécédent)

2e défaut

L3

L2

L1

N

Schéma IT contact indirect avec 2e défaut d'isolement

230 V O

Trajet du courant de défaut

Schéma IT avec un 1er défaut d’isolement

Schéma IT avec un 2ème défaut d’isolement

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Protection différentiellePrincipes de fonctionnement

Un différentiel mesure en permanence la différence entrela valeur du courant d’entrée et de sortie. Si cette valeurn’est pas nulle, cela signifie qu’il y a une fuite. Lorsque lavaleur de cette fuite atteint le niveau de réglage dudifférentiel, il déclenche et coupe le circuit.

La protection différentiellefait appel à un dispositif similaire àun transformateur, le tore.

Ce dispositif magnétique estconçu pour vérifier en permanenceque la somme vectorielle des cou-rants parcourant le circuit à proté-ger est nulle.

En cas de courant de fuite, doncde situation d'électrisation, d'électro-cution ou de défaut d'isolation, cette

Relais sensible

Tore magnétique

somme vectorielle cesse d'être nulle.Au-delà d’un certain seuil I∆n, ledifférentiel interrompt aussitôt lecourant. Ceci grâce à un relais sen-sible qui mémorise l’information(seuil prédéterminé) et donnel’ordre d’ouverture des contacts.Cet ordre est exécuté par la méca-nique du différentiel.

La fonction différentielle peut êtreassociée soit à un interrupteur soità un disjoncteur.

Disjoncteur phase + neutre différentiel

N L

2 1

N L

2 1

N L

2 1

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Schéma 1En l'absence de défaut

La valeur vectorielle du courantd'entrée (phase) est égale à celledu courant de sortie (neutre). Aucunflux magnétique n'est créé auniveau du tore, donc aucun cou-rant. La bobine du relais sensiblen'est pas excitée. Les contacts res-tent fermés. L'équipement fonc-tionne normalement.

Schéma 2En présence d'un défaut

Soit un courant I en entrée (phase).Il y a courant de fuite, d'une valeurvectorielle . En sortie, le courantest mesuré .

Cette différence de courantprovoque une analyse

vectorielle par le tore, par créationd'un flux magnétique qui lui-mêmegénère un courant qui va exciter labobine du relais sensible, qui agitsur la mécanique et ouvre lescontacts du dispositif de protection.

- ( )-

-

Le relais sensible

L'ensemble est constitué d'unebobine aimantée qui maintient, enl'absence de courant de défaut,une palette en position fermée.Cette palette est fixée sur un axe.Elle subit l'effort d'un ressort.

En l'absence d'excitation de labobine par un courant, l'aimantpermanent oppose un effort de fer-meture de la palette supérieur à l'effort du ressort.

En cas d'excitation de la bobine(schéma 2) non nul et supé-rieur au seuil prédéterminé, le fluxmagnétique induit rend l'effort defermeture de la palette quasi nul.L'effort généré par le ressort prendalors le dessus : la palette s'ouvreet un percuteur déverrouille lamécanique qui ouvre les contactsdu dispositif de protection. Le circuitest ouvert.

1 2+

2 1= -

1 2 = 0+

2 1= - ( -

-

)

1 1 12 =+ + =

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La sélectivité différentielleLe but de la sélectivité différentielle est de ne couper, en cas de défaut à la terre, que le circuit sur lequel se situe ce défaut et d'éviter la mise hors circuit de toute l'installation.

Dans les cas très fréquents dedispositifs différentiels en cascadeavec circuits terminaux protégés en30 mA, il est fortement conseillé deplacer en amont de ceux-ci desdispositifs différentiels à déclenche-ment très légèrement retardés.

Seul le dispositif le plus en avalse déclenche. La continuité du ser-vice est assurée. La protection estplus fine, car le risque est sectorisé.Le champ d'intervention pour ledépannage est limité et connu.

On préservera ainsi la continuitéde service sur tous les circuits sainsen cas de défaut sur l'un des cir-cuits terminaux, quel que soit lecourant de défaut.

Les paramètres concernésDeux paramètres sont à prendre

en compte : la sensibilité et letemps de déclenchement.

Dans la pratique, le dispositifamont devra avoir une sensibilité au moins 2 fois moindre et untemps de coupure plus long que ledispositif aval.

Exemple pour un courant dedéfaut 1A : dispositif aval : 30 mA Instan-

tané (déclenchement en 20 ms) dispositif amont : 300 mA sélec-

tif (déclenchement en 80 ms)

De fait, pour que la sélectivitésoit totalement assurée entre un dif-férentiel amont et un différentielaval, les deux conditions suivantesdoivent être réunies : I∆n de A ≥ 2 x I∆n de B, et Temps de déclenchement A >

temps de déclenchement B

Attention ! Un retard supérieur à une seconde n'est pas autorisé.

Les courbes de fonctionnementdifférentiel

Ce sont les courbes qui donnentles temps de déclenchement enfonction de l’intensité du courant dedéfaut. Elles permettent de vérifierque le temps de réaction du dispo-sitif différentiel amont est supérieurau temps d'ouverture du dispositifdifférentiel aval.

Dispositif différentiel 1A retard 300 ms

Dispositif différentiel 300 mA Type S

Dispositif différentiel 30 mA instantané

Dispositif différentiel amont300 mA S-Hpi

Dispositifdifférentiel aval30 mA Hpi

10

5

2

1 b

0,5

0,1

0,1

0,05

0,02

0,010,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50100 300

t (s)

∆n 0

,03

A

∆n ,0

3 A

∆3 1

A

∆1 1

A

0,01

100 101 102 103 104

I (mA)

1

0,5

0,1

0,05

t (s)

1A type S300mA type S

30 mA type Hpi

Instantané

10 mA 300 mA30mA

Exemple de sélectivité à 2 niveaux

Exemple de sélectivité à 3 niveaux

Courbes de fonctionnement différentiel DPXet DX. Pour avoir une bonne sélectivité différentielle, les courbes des dispositifsamont et aval ne doivent jamais se couper.

A

B

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1 1

Comment choisir son dispositif différentiel ?

Il faut d'abord déterminer le besoin, à deux niveaux : le besoin de protection contre les contacts directs ou indirects, le besoin d'assurer ou non une protection contre les surcharges ou courts-circuits.

Il existe 2 types de différentiels :type AC et type A. Ils peuvent êtredéclinés en version "S" (sélectif),H.P.I. (Haute Protection Immunitaire,voire Φ. HPI), ou instantanée.

Ils sont conformes aux normesinternationales CEI 61008 et CEI61009 ainsi qu'aux normes euro-péennes EN 61008 et EN 61009.

Type ACIl est sensible aux courants alter-

natifs résiduels. On l'utilise dans lescas "standards".

Type AIl est sensible aux courants rési-

duels alternatifs et aux courantsrésiduels à composante continue.On l'utilise dans les cas particu-

liers, par exemple si les courantsde défaut sont susceptibles de nepas être purement sinusoïdaux(ponts redresseurs, etc.)

Version S (type AC ou A)Le déclenchement est retardé

pour permettre la sélectivité avecd'autres différentiels en aval.

NOUVEAU !Version H.P.I.

Elle est recommandée pour lesinstallations avec ordinateurs, impri-mantes et autres appareils infor-matiques.

Le nouveau différentiel Hpi,grâce à son immunité vis-à-vis desphénomènes transitoires, est parti-culièrement adapté aux installationsalimentant des ordinateurs.

Le matériel informatique crée uncourant de fuite permanent sur leconducteur de protection. Unetoute petite surintensité transitoire(quelques mA) aura pour consé-quence de faire déclencher intem-pestivement les différentiels.

Les Hpi permettent de ne pasdéclencher dans ce cas.

Cette version évite de multiplierles divisions de circuits au seind'une installation, et donc réduit lenombre de protections différen-tielles pour un certain nombred'applications. Résultats : un coûtinférieur d'installation, de matériels,et une continuité de service opti-male des protections différentielles.

En conclusion, le seul moyend'éviter les déclenchements en casde courant transitoire d'intensitésupérieure au seuil de déclenche-ment consiste à utiliser les différen-tiels immunisés Hpi. De plus lasécurité grâce au nouveau diffé-rentiel Hpi est augmentée cardéclinée en type A et fonctionne àdes températures jusqu’à -25°c.

Si nous sommes à un niveau decourant de fuite permanentimportant, mais inférieur au seuilde déclenchement (par exemple30% du seuil), et que de petites

DX réf. 07863 DXHpi réf. 08567

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L'organisation à la rangéeInterrupteur différentiel à raccordementdirect par peigne en amont.L'ensemble monobloc diminue les risquesde court-circuit et le montage est plusrapide, plus propre et plus économique.

NOUVEAUX PRODUITS

surintensités (par exemple 8 mA) sur-viennent, deux solutions existent :

- subdiviser les circuits,- utiliser un Hpi.

Si l'intensité du courant de fuitetransitoire est suffisante pourfaire déclencher à elle seule le dif-férentiel (elle peut être de 50 A),alors le Hpi est l'unique solution.

Enfin, si les courants de fuite per-manents sont suffisants à euxseuls pour faire déclencher ledifférentiel (par exemple 20mA), il faut diviser les circuits, etutiliser des versions Hpi pour nepas multiplier les subdivisions(cette fois-ci pour éviter lesdéclenchements intempestifs dusaux phénomènes transitoires).

A noter que l'utilisation du Hpi30mA évite le recours à la déro-gation (voir p. 5) et n'engage plusla responsabilité du chef de l'éta-blissement.

Disjoncteur différentiel ou interrupteur différentiel ?

Vous choisirez un interrupteur différentiel si vous n'avez pas besoind'assurer une protection contre lessurcharges et courts-circuits. Attentioncependant : un interrupteur diffé-rentiel doit impérativement être asso-cié à un dispositif de protection deslignes : disjoncteur ou coupe-circuit.Vous choisirez un disjoncteur si cesprotections ne sont pas assurées.

L'interrupteur différentielIl comprend 2 fonctions : détec-

tion du courant de défaut, mesureet coupure. En outre, cet appareil

peut assurer le sectionnement d'uneinstallation.L'interrupteur différentielse réfère aux normes IEC 61008et EN 61008.

Le disjoncteur différentielIl comprend 3 fonctions: détection

du courant de défaut, mesure et cou-pure, protection contre les surchargeset les courts-circuits. Il assure aussi lesectionnement d'une installation.

Le disjoncteur différentiel se réfèreaux normes IEC 61009-1 et EN 61009.

Il existe sous la forme monobloc,et sous la forme bloc différentiel(ajouté au moment de l'installation).

La fonction "test"Un différentiel est un dispositif de

sécurité. A ce titre, la fonction "test" luiest imposée par les normes. Tous lesappareils Legrand en sont équipés.

Disjoncteurs différentiels monoblocs tétrapolaires.4 modules seulement au lieu de 7 jusqu’à 32A Encombrement réduit.Ils facilitent l'organisation et le câblage des tableauxsans modification de l’enveloppe.

En rénovation il peut remplacer :- Un interrupteur différentiel tetrapolaire (4 modules).- Un disjoncteur tétrapolaire (4 modules) ou un interrupteur/sectionneur tétrapolaire (4 modules).