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 Par , publié ou actualisé le 21 janvier 2012
 Rubrique "Matériels et Matériaux"

L'interrupteur différentiel - choix et fonctionnement

Publication initiale le 02/01/2012, dernière mise à jour le 21/01/2012

L'interrupteur Différentiel (ID) est un dispositif de protection qui, associé au réseau de terre d'une installation, protégera ses usagers de chocs électriques par défaut d'isolement.
exemple de défaut d'isolement
Un défaut d'isolement se caractérise par la mise sous tension accidentelle de parties métalliques d'un appareil électrique. L'exemple le plus couramment repris est celui d'un lave-linge au sein duquel un conducteur entrerait en contact avec une masse métallique (moteur, carcasse de l'appareil, etc.).

Le réseau de terre, allant de la prise de terre de l'installation jusqu'aux appareils, à pour rôle d'évacuer de telles fuites de courant lorsqu'elles se présentent, et celui de l'interrupteur différentiel est de les détecter et d'interrompre d'alimentation électrique des appareils en défaut.


L'interrupteur différentiel permet en outre l'isolation manuelle et omnipolaire (de tous les conducteurs actifs) des circuits qu'il dessert, ce qui en fait également un dispositif de sectionnement et dans certains cas de coupure d'urgence. Nous allons étudier tout cela en détail.



ID 40A 30mA Type AC

Constitution et fonctionnement d'un interrupteur différentiel


Un interrupteur différentiel est la combinaison entre un interrupteur sectionneur et un Dispositif à courant Différentiel Résiduel (DDR). Lorsqu'un défaut est détecté par le dispositif différentiel celui-ci provoque le basculement de l'interrupteur, autrement-dit l'ouverture de ses contacts.

Le levier en façade permettera son réarmement suite à un déclenchement une fois la panne solutionnée ou le circuit en défaut isolé de l'installation.

L'un des trois éléments qui caractérisent un interrupteur différentiel est son calibre, l'intensité maximale qu'il est en mesure de supporter exprimée en ampères (A), mais n'ayant aucun rôle de protection. A titre d'exemple un ID 63A 30mA protègera de la même manière qu'un ID 40A 30mA (image ci-contre) mais supportera davantage de puissance.

Sa protection contre les défauts d'isolement est exprimée en milliampères (mA), assurée par le DDR ...


Le DDR ou Dispositif à courant Différentiel Résiduel

Le « courant résiduel » que nous pourrions aussi appeler résidu de courant est un terme englobant toutes formes de courants électriques non sollicitées, dont les courants de fuite évoqués précédemment mais aussi d'autres natures, tels que des courants induits par des champs magnétiques.

« Dispositif Différentiel » vient du fait que cet appareil réagit aux différences de courant entre les conducteurs surveillés.


Fonctionnement du différentiel

Dans un circuit monophasé parfait, tout le courant qui chemine par l'un des conducteurs doit revenir par l'autre. Ce sont les conducteurs actifs, le neutre et la phase.

Il faut savoir que le courant électrique à la faculté de générer des champs magnétiques, appelés champs électromagnétiques (moteurs, relais, etc.). A l'inverse un champ magnétique à également la faculté de générer un courant électrique (génératrices).

Le dispositif différentiel emploi ces deux phénomènes de la manière suivante :

fonctionnement de l'interrupteur différentiel

 

 

La phase (en rouge) et le neutre (en bleu) sont tous deux bobinés autour d'un anneau appelé « tore ferromagnétique ».

La phase traversée par le courant va générer un champ électromagnétique dans le tore.

Le neutre traversé par ce même courant mais dans le sens inverse va générer un champ électromagnétique de sens opposé.

 

A intensité égale les deux champs s'annulent. Par comparaison nous pourrions imaginer un balancier avec un poids identique à chaque extrémité.

 

 

 

Lorsqu'une différence d'intensité apparaît entre les deux conducteurs actifs, le champ électromagnétique n'est plus nul et va induire un courant électrique dans un troisième bobinage (en noir), lui-même relié à un déclencheur (relais életcromagnétique). Ce dernier va provoquer l'ouverture des contacts de l'interrupteur.

Les interrupteurs différentiels sont munis d'un bouton de test permettant de simuler un courant résiduel en créant un déséquilibre entre le courant traversant le neutre et la phase.

bouton test de l'interrupteur différentiel

Voici maintenant de quoi illustrer le fonctionnement d'un interrupteur différentiel en situation réelle. déclenchement du différentiel sur défaut d'isolement

Un fil abimé par les vibrations ou une fuite d'eau dans un lave-linge va provoquer un défaut d'isolement. Les masses métalliques sont reliées entre elles dans l'appareil. Le courant va pouvoir s'échapper par le conducteur de protection (vert/jaune), remonter jusqu'au bornier de terre du tableau pour ensuite redescendre jusqu'à la prise de terre de l'installation.

Le courant manquant dans l'un des conducteurs actifs va créer un déséquilibre dans l'interrupteur différentiel, qui passé son seuil de déclenchement (entre 15 et 30mA) va provoquer l'ouverture des contacts et ainsi interrompre l'alimentation.


Nous nous sommes limité à illustrer des interrupteurs différentiels monophasés (phase + neutre) mais il en existe des tétrapolaires (trois phases + neutre). En conditions normales la somme des courants traversant les trois phases et le neutre doit être nulle.

La sensibilité d'un DDR est donc en premier lieu définie par son seuil de déclenchement exprimé en milliampères (mA).

 

Les types (ou classes) d'interrupteurs différentiels

Les interrupteurs différentiels ou de manière plus générale les DDR se déclinent en plusieurs types. Les types A, AC et Hpi :

Le différentiel de type A sert à la protection de circuits spécifiques tels que lave-linge ou plaques à induction contre des courants résiduels à composantes continues. Un ID de type A au minimum par logement.

Le différentiel de type AC ne protège que des courants résiduels à composantes alternatives, et seront utilisés pour les circuits classiques tels que prises et éclairages. Le nombre minimum imposé par la norme dépend la surface du logement, en plus de l'ID de type A. Un seul ID type AC si moins de 35m², deux de 35m² à 100m² et trois si plus de 100m².

Le différentiel de type Hpi (Haute pouvoir immunitaire), HI (Haute Immunité) ou encore classe A type Si (Systèmes informatiques) est un type A amélioré pour éviter des déclenchements intempestifs. Il protège comme ce dernier des courants résiduels à composantes continues et alternatives mais de manière moins rapide pour nous éviter des déclenchements pour des apparitions de courants résiduels très brefs. C'est aussi le plus onéreux des trois.

Le type Hpi n'est pas obligatoire mais est recommandé pour l'alimentation d'un congélateur* et de matériels informatiques.

*Les disjoncteurs pouvant aussi être équipés de dispositifs différentiels, on préfèrera généralement un disjoncteur différentiel 20A 30mA Hpi dédié au congélateur lorsque son emplacement est connu à l'avance.

 

Interrupteur différentiel comme dispositif de sectionnement

La norme impose que soit placé à l'origine de toute installation un dispositif de commande et de sectionnement (séparés ou combinés), pour permettre notamment d'effectuer hors tension des travaux d'entretien ou de réparation.

Il est également demandé à ce que des dispositifs de coupure d’urgence soient prévus pour couper, en cas d’apparition d’un danger inattendu, l’alimentation électrique de circuits ou de groupes de circuits.


L'appareil général de commande et de protection (AGCP), lorsqu'il est situé à l'intérieur des locaux d'habitation peut assurer ces différentes fonctions.
Si l'AGCP est en limite de propriété, donc extérieur au logement, un autre dispositif doit être prévu pour permettre la mise hors tension de toute l'installation.


Il n'est pas rare dans d'anciennes installations qu'un seul interrupteur différentiel 30mA soit placé en tête du tableau de répartition, dans le cadre notamment d'une simple mise en sécurité. Cet interrupteur différentiel unique pourra lui aussi jouer le rôle de dispositif de sectionnement et de coupure d'urgence, à la condition qu'il desserve bien toute l'installation.

Dans tous les autres cas (plusieurs ID, un ID + un disjoncteur différentiel, etc) il faudra ajouter un intermédiaire entre l'AGCP et les différents éléments de notre tableau de répartition, la solution la plus économique étant l'ajout d'un interrupteur sectionneur* en tête du tableau. 

*L'interrupteur sectionneur combine les fonctions d'interrupteur et de sectionneur, à savoir :

Sectionneur : appareil mécanique de connexion qui assure en position d’ouverture, une distance de sectionnement satisfaisant à des prescriptions spécifiées. 
Un sectionneur ne permet pas la coupure en charge d'un circuit. 

Interrupteur : appareil mécanique de connexion capable d'établir, de supporter et d'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris éventuellement les conditions spécifiées de surcharge en service, ainsi que de supporter pendant une durée spécifiée des courants dans des conditions anormales spécifiées du circuit telles que celles du court-circuit. 
Un interrupteur peut être capable d'établir des courants de court-circuit mais n'est pas capable de les couper. 



Quels interrupteurs différentiels pour mon installation ?

Normes

La norme impose que tous les circuits de l’installation soient "protégés par des Dispositifs à courant Différentiel-Résiduel assigné au plus égal à 30mA", que ce soit pour des installations neuves, rénovées (mise en conformité) ou mises en sécurité. Cette protection peut être assurée soit de manière individuelle par disjoncteurs différentiels, soit par groupes de circuits avec des interrupteurs différentiels.

Echappent à cette obligation les circuits alimentés par un transformateur de séparation et les parafoudres.

La protection des circuits extérieurs alimentant des installations et des matériels non fixés au
bâtiment doit être distincte de celles des circuits intérieurs.


La solution la plus économique et répandue est celle consistant à regrouper différents circuits (disjoncteurs et fusibles) sous un ou plusieurs interrupteurs différentiels choisis et répartis de la manière suivante : 

L'ID de type A desservira au minimum :

  • le lave-linge
  • les plaques de cuisson
  • la cuisinière

Il pourra en complément accueillir deux circuits peu consommateurs (prises et éclairages).

Les ID de type AC desserviront tous les autres circuits, à l'exception du congélateur si la mise en place d'un disjoncteur différentiel dédié est prévu pour ce dernier.

Nombre minimum d'interrupteurs différentiels 30mA en neuf et en rénovation
(mise en conformité)

Surface habitable du logement

Type A

Type AC

Moins de 35m²

1 x 40A

(plaques de cuisson, cuisinière, lave-linge)

1 x 25A

De 35 à 100m²

2 x 40A

Plus de 100m²

3 x 40A *

* Si la somme des puissances sous un même ID (chauffage électrique, chauffe-eau) dépasse 8kVA le remplacer par un ID 63A.

Dans le cas d'un simple mise en sécurité un seul interrupteur différentiel (de type A) est imposé si le calibre du disjoncteur de branchement (AGCP) ne peut excéder 60A. Il convient donc de vérifier le modèle d'AGCP dont nous disposons en regardant non pas sur quoi il est réglé mais sa plage de réglage (ex: 15-30A)

Pour les cas ou la norme n'impose qu'un seul interrupteur différentiel 30mA de type A, nous gagnerions en confort à ajouter un ou plusieurs ID de type AC. Ceux-ci éviteront en outre dans certains cas des déclenchement intempestifs, parfois simplement liés à l'accumulation de multiples et infimes courants résiduels qui cumulés sous un seul et même ID peuvent atteindre le seuil de déclenchement situé entre 15 et 30mA pour un ID 30mA.


Nombre minimum d'interrupteurs différentiels 30mA pour une mise en sécurité

Plage de réglage de d'AGCP

Type A

Type AC

Monophasé

15/45 A

1 x 40A
ou
1 x 63A si chauffage électrique ou circuit 32A

/

30/60 A

1 x 63A

/

60/90 A

3 x 40A
ou
2 x 63A

Possibilité de remplacer du type A par du type AC s'il ne dessert pas de lave-linge ni d'appareil de cuisson.
Conserver au minium un ID de type A.

Triphasé

10/30 A

1 x 25A
ou
1 x 40A si chauffage électrique ou circuit 32A

/

30/60 A

1 x 63A

/


Marques d'interrupteurs différentiels

Il est recommandé de manière générale d'éviter le mélange des marques dans un même tableau et de préférer les marques reconnues en milieu professionnel, telles que Schneider (anciennement Merlin Gerin), Legrand, Hager ou encore Moeller. Cela vaut également pour les disjoncteurs et autres dispositifs de protection. Au minimum ils devront bénéficier du marquage NF. 

Les prix

Le prix des interrupteurs différentiels 30mA croît en fonction de leur calibre (25A, 32A, 40A et 63A) mais aussi et surtout de leur sensibilité, selon qu'il soit de type AC, A ou HI.

Voici des ordres de prix que nous pourrions qualifier de raisonnables pour les marques sus-citées, déterminés par comparaison entre quelques des sites marchands (internet) hors frais de port.

Un ID monophasé