Disjoncteur à courant résiduel (RCCB) ou « interrupteur de déclenchement » est un dispositif de protection utilisé dans les systèmes électriques. Les RCCB protègent à la fois les humains et les appareils électriques contre les défauts électriques tels que les chocs électriques et les fuites de courant. Dans cet article, nous discuterons de ce que sont les RCCB, de leur fabrication et de leur fonctionnement en tant que dispositifs de protection des circuits électriques.
Disjoncteur à courant résiduel Comment ça marche
Les disjoncteurs à courant résiduel sont également appelés «interrupteurs de déclenchement» et RCD (dispositif à courant résiduel). Ils appartiennent à la catégorie des dispositifs de protection des circuits électriques. Les RCCD peuvent être trouvés dans tous les circuits de distribution d'énergie domestiques et industriels. Ils sont disponibles en configurations monophasées et triphasées et ont plusieurs classes.
La forme la plus simple de RCCB est le type monophasé. Ils ont deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie dans chaque unité. Semblable à un MCB, il y a aussi un interrupteur à ressort pour allumer et éteindre l'appareil. En plus de l'interrupteur, il y a un bouton "test" pour tester si l'appareil fonctionne réellement. Ce bouton peut être de couleur différente comme le rouge, le vert, le jaune, l'orange ou le bleu selon le fabricant.
Un être humain typique ne peut que tolérer jusqu'à 30mA de courant électrique avant que des blessures potentiellement mortelles ne surviennent. Si un être humain ou un être vivant entre en contact avec une connexion électrique sous tension et est mis à la terre, il sera électrocuté et gravement blessé. Bien qu'elles ne soient pas aussi graves, les machines électriques peuvent également être endommagées en raison de courts-circuits électriques et de fuites de courant.
Un disjoncteur différentiel fonctionne selon le principe de Loi actuelle de Kirchhoffs (KCL). KCL stipule que le courant entrant dans un circuit doit être égal au courant revenant du circuit. De même, le RCCB mesure tout changement significatif du courant traversant les bornes sous tension (L) et neutre (N). Dans un scénario idéal, la différence devrait être très proche de 0 mA.
S'il y a une fuite de courant dans un équipement électrique protégé par le RCCB, le courant neutre sera inférieur au courant du fil sous tension car une certaine quantité de courant sera mise à la terre par une personne ou la connexion à la terre de la machine. Cette différence est appelée « courant résiduel ». Lorsque cette différence dépasse le seuil de déclenchement du RCCB (c'est-à-dire 20mA), il déclenche rapidement l'interrupteur et interrompt immédiatement la connexion et coupe l'alimentation de l'équipement.
L'action de déclenchement se produit instantanément en quelques millisecondes. Par conséquent, la personne électrocutée peut être protégée contre les blessures potentiellement mortelles. Bien que le choc électrique ne puisse être évité, la sécurité de la personne est toujours garantie. Lors de l'examen des appareils électriques, si un tel appareil présente un défaut de fuite de courant qui laisse échapper du courant dans le châssis, il peut immédiatement déclencher le RCCB pour éviter les risques électriques potentiels.
Schéma du circuit du disjoncteur à courant résiduel
Maintenant que nous connaissons le fonctionnement d'un disjoncteur différentiel, examinons en détail le fonctionnement d'un RCCB.
La construction interne d'un dispositif RCCB monophasé (bipolaire) est illustrée ci-dessous.
En partant de la gauche, les bornes d'entrée sont connectées à l'alimentation électrique principale du réseau ou du générateur. Ceci est commuté à l'aide d'un MCB bipolaire pour isoler le circuit en cas de besoin. L'alimentation passe ensuite par des contacts de disjoncteur à 2 pôles ; un pour le direct et un pour le neutre pour une protection totale.
Les fils sous tension et neutre passent à travers une bobine spéciale qui a un enroulement pour chaque fil et un autre enroulement séparé appelé "bobine de détection". Chaque extrémité de ces deux bobines primaires est connectée à la charge. Comme indiqué ci-dessus, lorsque le courant passe à travers ces bobines, elles créent un champ magnétique en fonction de la Loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Dans des circonstances normales où il n'y a pas de défaut dans le circuit de charge, ces deux champs magnétiques s'annulent.
Lorsqu'il y a une condition de défaut et que le courant sous tension est supérieur/inférieur au courant neutre, ces deux champs magnétiques ne peuvent pas s'annuler. Cela induit une tension à l'intérieur de la "bobine de détection". Si cette tension devient trop élevée (ce qui signifie que le courant de défaut/courant résiduel est trop élevé), il active un solénoïde pour couper les contacts afin de couper l'alimentation de la charge. Une fois déclenché, il doit être allumé manuellement après avoir corrigé le défaut.
Les RCCB sont également équipés d'un circuit supplémentaire qui comprend un bouton et une résistance. C'est un circuit qui permet de tester l'appareil. Lorsque nous appuyons sur le bouton, cela crée une condition de défaut artificiel (courant résiduel) et déclenche le RCCB. Si l'appareil se déclenche lors de l'appui sur le bouton, il confirme que la protection est en place.
Câblage RCCB
Les disjoncteurs différentiels sont des dispositifs de sécurité installés dans les circuits électriques. Ils sont souvent installés sur des tableaux de distribution électrique proches de la source. L'image ci-dessous indique l'ordre d'installation d'un RCCB.
Le RCCB est connecté après le commutateur principal, qui est un MCB à 2 pôles. Le MCB agit comme un interrupteur principal pour isoler complètement le circuit du réseau dans des cas tels que la réparation et la maintenance. Le RCCB est placé à côté pour protéger les sous-circuits. Les MCB unipolaires qui fournissent une protection contre les surintensités aux sous-circuits sont placés après le RCCB.
Classement des RCCB
Les RCCB sont généralement classés en deux types principaux en fonction de leur nombre de terminaux. Elles sont RCCB unipolaire et RCCB 4 pôless.
- RCCB unipolaire
- Les RCCB unipolaires sont couramment utilisés dans les applications domestiques et les applications industrielles à petite échelle où des charges monophasées sont utilisées. Ils ont deux bornes et deux bornes de sortie, phase et neutre (L et N).
- Interrupteur différentiel 4 pôles
- Les disjoncteurs différentiels à 4 pôles sont utilisés pour la protection du système d'alimentation triphasé. Il existe 4 jeux de bornes d'entrée et de sortie pour les fils L1, L2, L3 et N dans un système triphasé. Ceux-ci se trouvent couramment dans les circuits de distribution d'énergie industriels et certains circuits de distribution d'énergie domestiques où la consommation d'énergie est élevée.
En plus de ces deux configurations physiques, il existe quelques autres types spécialement conçus pour s'adapter à des applications spécifiques. Celles-ci sont définies dans le CEI 60755 : Exigences générales de sécurité pour les dispositifs de protection à courant résiduel.
- Type AC – usage général
- Ce type convient aux systèmes à tension alternative sinusoïdale. Il s'agit du type de RCCB le plus couramment utilisé dans les applications domestiques et industrielles.
- Type A – Charges électroniques monophasées de classe I
- Les RCCB de type A conviennent mieux aux circuits qui fonctionnent sur des sources sinusoïdales pures ou des sources sinusoïdales modifiées telles que les onduleurs. Ceux-ci sont également utilisés dans les circuits où les charges ont des circuits redresseurs à diodes et/ou à thyristors tels que les contrôleurs de moteur VFD (Variable Frequency Drive). Les RCCB de type A peuvent être utilisés en remplacement des unités de type A.
- Type F - nouvellement introduit, à usage spécial
- Les disjoncteurs différentiels de type F sont spécialement conçus pour être utilisés dans les circuits d'entraînement à vitesse variable tels que les contrôleurs de moteur. Ceux-ci fonctionnent très bien dans les circuits de forme d'onde de courant et de tension déformés à haute fréquence tels que les systèmes HVAC. Les disjoncteurs différentiels de type F sont très sensibles aux courants de défaut. Ceux-ci ne se déclenchent pas en raison de courants d'appel soudains. Le type F peut remplacer les disjoncteurs différentiels de type A et AC.
- Type B – Systèmes triphasés, systèmes EV et PV
- Les disjoncteurs différentiels de type B sont conçus pour fonctionner dans les circuits de charge des véhicules électriques, les systèmes photovoltaïques et autres systèmes redressés triphasés. Ceux-ci peuvent détecter le courant alternatif sinusoïdal, le courant continu pulsé avec plusieurs fréquences et même les courants résiduels continus lisses. En plus des types de formes d'onde, les caractéristiques sont également définies sous des fréquences spécifiques de 3 Hz à 50 kHz. Les RCCB de type B sont conformes aux types A, F et AC et peuvent être utilisés en remplacement.
Avantages et inconvénients du RCCB
Les disjoncteurs à courant résiduel sont l'un des dispositifs de protection des circuits électriques les plus cruciaux. Nous les voyons dans presque tous les tableaux de distribution électrique, protégeant les utilisateurs et l'équipement contre les dommages. Comme tout appareil, les disjoncteurs différentiels présentent également des inconvénients ainsi que des avantages.
Avantages/bénéfices RCCB
- Les RCCB sont principalement utilisés pour fournir une protection contre les chocs électriques aux humains et aux autres êtres vivants.
- En plus des chocs électriques, les disjoncteurs différentiels peuvent également protéger les personnes et les équipements électriques contre les défauts à la terre tels que les fuites de courant.
- Les RCCB se déclenchent automatiquement lorsque le courant de défaut dépasse la sensibilité nominale.
- Ils sont disponibles en plusieurs sensibilités et types de notation pour s'adapter à une application particulière.
- Les RCCB sont disponibles en configurations monophasées (bipolaires) ou triphasées (quatre pôles). Ces dispositions nous permettent d'isoler complètement le circuit de l'alimentation.
- La plupart des RCCB contiennent des circuits de filtrage supplémentaires qui aident à protéger l'équipement des fluctuations de tension.
Inconvénients du RCCB
- Les disjoncteurs différentiels n'ont pas de protection contre les courts-circuits/surcharges. Ils dépendent entièrement du courant résiduel. Si une charge court accidentellement, le courant de retour sera le même que le courant sortant du RCCB. Cela ne déclenchera pas la protection de l'appareil.
- Les variantes très sensibles peuvent être déclenchées par la foudre et les fluctuations de tension.
- Les RCCB ne peuvent pas protéger contre le câblage électrique défectueux (c'est-à-dire lorsque les fils sous tension et neutres ont été échangés dans la prise électrique)
- RCCB fournit uniquement une protection contre les chocs de terre sous tension ou de terre neutre. Il ne peut pas protéger l'utilisateur contre les chocs sous tension. Cela peut être mortel.
- Le fait de ne pas sélectionner le bon type de RCCB pour une application particulière entraîne une réduction du niveau de protection contre les chocs électriques.
Prix du disjoncteur à courant résiduel
Les dispositifs de protection électrique sont par nature coûteux. Ce sont des appareils sensibles qui doivent répondre aux normes de l'industrie pour garantir que le niveau de protection minimum requis est garanti pour chaque unité.
Les prix des disjoncteurs à courant résiduel commencent à partir de 25 $ à 30 $ pour les types unipolaires 25 A. À mesure que la cote actuelle, le nombre de pôles et la sensibilité augmentent, un RCCB peut vous coûter de quelques centaines de dollars à plusieurs milliers de dollars. Par exemple, le 125A ABB 4 pôles RCCB coûte 51730 $ au moment de la rédaction de cet article.
Disjoncteur à courant résiduel avec protection contre les surintensités (RCBO)
Comme mentionné ci-dessus, un RCCB typique n'est pas capable de détecter les événements de surintensité. Cela est dû au principe de fonctionnement de l'appareil. Il s'appuie uniquement sur la différence entre la sortie et le courant de retour (courant résiduel) pour déclencher la sécurité. Si une charge consomme trop de courant, le RCCB ne peut pas le détecter car le courant de retour est exactement le même que le courant de sortie de l'appareil.
Pour éviter cela, il peut y avoir deux approches. La pratique habituelle consiste à utiliser un RCCB et à distribuer l'alimentation via plusieurs MCB. De cette façon, la protection contre les courants résiduels est gérée par le RCCB et la protection contre les surintensités est assurée par le MCB. Cependant, un événement de courant résiduel dans l'un des sous-circuits provoque le déclenchement du RCCB et l'arrêt de l'ensemble du système.
Les RCBO sont conçus pour contourner ce problème. Ils se composent d'un circuit de protection contre les surintensités en plus du circuit général de protection contre les courants résiduels.
L'image ci-dessous est un RCCBO à 4 pôles. Les RCCBO se distinguent par leur apparence de type MCB qui a 4 pôles connectés. Ils ressemblent presque à un MCB associé à un RCCB.
Qu'est-ce qui cause le déclenchement d'un RCCB ?
Les disjoncteurs différentiels sont conçus pour se déclencher chaque fois qu'il y a un courant de défaut. Ce courant est appelé "courant résiduel". L'appareil, comme expliqué ci-dessus, surveille le courant circulant dans les fils Live(s) et Neutral. Dans des conditions normales de travail, la différence entre les deux courants doit être proche de zéro.
Chaque fois qu'il y a une fuite de courant; par exemple, une personne qui est mise à la terre est électrocutée, une petite quantité de courant provenant d'un fil sous tension exposé traverse la personne dans le sol. Cela provoque un déséquilibre dans les courants sous tension et neutre dans le RCCB. SI la différence est trop élevée, le RCCB se déclenche.
Outre cette fonctionnalité principale, des événements tels que la foudre, des charges non uniformes telles que des charges hautement inductives (moteurs électriques, installations de soudage) peuvent également déclencher le RCCB par inadvertance. Ceci est indésirable et peut être évité en utilisant le bon type de RCCB adapté au type de charge.
Les RCBO mis à niveau peuvent également se déclencher en raison de conditions de surintensité. Les RCBO peuvent détecter les cas de surintensité/court-circuit et déclencher le commutateur en conséquence.
Conclusion
Les disjoncteurs à courant résiduel sont des dispositifs de sécurité très fiables qui protègent à la fois l'équipement et les opérateurs humains contre les chocs électriques dangereux. Il existe sur le marché des RCCB très avancés qui permettent même de programmer des paramètres tels que le courant de déclenchement et le retard de déclenchement. Utilisez toujours le RCCB approprié dans votre système de distribution d'énergie pour assurer une protection optimale.
