La protection différentielle : exercices corrigés de CAP Électricien

On repère les deux valeurs : courant entrant $6{,}48\ \text{A}$, courant sortant $6{,}45\ \text{A}$.

On soustrait : $6{,}48 - 6{,}45 = 0{,}03\ \text{A}$.

On convertit : $0{,}03\ \text{A} \times 1\,000 = 30\ \text{mA}$.

On interprète : l'écart n'est pas nul, donc une partie du courant ne revient pas par le neutre. Elle s'écoule ailleurs : c'est une fuite.

On écrit le calcul : $16{,}80 - 16{,}15$.

On obtient $0{,}65\ \text{A}$.

On compare au seuil : $0{,}65 \geq 0{,}5$.

Le seuil est dépassé, donc le relais commande le retrait de l'appareil du réseau.

Cas A : $3{,}200 - 3{,}200 = 0\ \text{A}$, soit $0\ \text{mA}$. Aucune fuite : pas de déclenchement.

Cas B : $7{,}52 - 7{,}50 = 0{,}02\ \text{A}$, soit $20\ \text{mA}$. C'est inférieur à $30\ \text{mA}$ : pas de déclenchement.

Cas C : $2{,}45 - 2{,}40 = 0{,}05\ \text{A}$, soit $50\ \text{mA}$. C'est supérieur à $30\ \text{mA}$ : déclenchement.

Cas D : $11{,}040 - 11{,}010 = 0{,}030\ \text{A}$, soit $30\ \text{mA}$. Le seuil est atteint, et l'énoncé dit « atteint ou dépassé » : déclenchement.

On remarque que le cas D a le courant le plus fort, mais que cela ne joue aucun rôle : seul l'écart décide.

On écrit la loi d'Ohm : $I = \dfrac{U}{R}$.

On remplace : $I = \dfrac{230}{4\,600} = 0{,}05\ \text{A}$.

On convertit : $0{,}05\ \text{A} = 50\ \text{mA}$.

Ce courant quitte le circuit par la fuite : le courant entrant dépasse donc le courant sortant de $50\ \text{mA}$. L'écart est exactement ce que compare le dispositif ⁴.

On compare au seuil : $50\ \text{mA} \geq 30\ \text{mA}$, donc le dispositif déclenche.

Le dispositif compare le courant total entrant au courant total sortant. Le courant manquant en sortie est la somme des fuites de tous les appareils placés derrière lui ⁴.

On additionne : $8 + 11 + 4 + 9 = 32\ \text{mA}$.

On compare au seuil : $32\ \text{mA} \geq 30\ \text{mA}$, donc le dispositif déclenche, alors qu'aucun appareil pris seul n'atteignait $30\ \text{mA}$.

Fer à repasser débranché : $8 + 11 + 4 = 23\ \text{mA}$. C'est inférieur à $30\ \text{mA}$, donc plus de déclenchement.

On en tire une idée de métier : un déclenchement sans défaut franc peut venir de petites fuites cumulées. On les repère en isolant les appareils un par un.

Montage 1 : le dispositif unique ouvre le circuit pour l'ensemble. Les $8$ circuits sont coupés, donc $0$ circuit reste alimenté.

Montage 2 : seul le dispositif concerné déclenche, ce qui coupe $2$ circuits. Il en reste $8 - 2 = 6$ d'alimentés.

On calcule le pourcentage : $\dfrac{6}{8} \times 100 = 75\ \%$.

On relie à la sélectivité : elle vise à isoler au plus vite la branche en défaut et à éviter de couper à tort des branches saines ⁵.

Le montage 2 coupe uniquement une partie de l'installation et laisse les branches saines en service : il respecte mieux cet objectif.

Question 1 : un dispositif différentiel compare le courant qui entre et celui qui sort. Si les deux diffèrent, il conclut à une fuite et ouvre le circuit ⁴. Il a donc déclenché parce que, à un moment, une partie du courant est partie ailleurs que par le neutre.

Question 2, action 1 : couper tous les circuits, réarmer le dispositif et vérifier qu'il tient sans charge.

Action 2 : remettre les circuits un par un, en attendant à chaque fois, pour repérer celui qui provoque le déclenchement.

Action 3 : sur le circuit suspect, débrancher les appareils et les remettre un par un, en mesurant l'écart entre courant entrant et sortant.

Action 4 : isoler l'appareil ou la partie de ligne dont la fuite fait monter l'écart jusqu'au seuil, puis la réparer ou la remplacer.

Question 3 : un circuit fortement chargé a un courant entrant élevé, mais le même courant revient par le neutre. L'écart reste nul, donc aucun déclenchement.