Protection contre les défauts d'arc dans les câbles et les raccordements

De Guide de l'Installation Electrique

Origine des défauts d'arc dans les câbles et les raccordements

Lorsqu'un câble est endommagé localement ou qu'une connexion électrique est desserrée, deux types principaux de défauts d'arc provoquent un incendie :

Défaut d'arc en série

(voir Fig. F84)

Fig. F84 – Exemple de connexion carbonisée

Ce phénomène résulte d'un arc entre deux parties d'un même conducteur (voir Fig. F80).

Fig. F80 – Arc série

Chaque fois qu'un conducteur est endommagé ou qu'une connexion n'est pas correctement serrée, il se produit un point chaud localisé qui carbonise les matériaux isolants à proximité de ce conducteur.

Le carbone étant un matériau conducteur, il permet l'écoulement du courant qui devient excessif en divers points.

Comme le carbone est déposé de manière non homogène, les courants qui le traversent génèrent des arcs électriques pour faciliter leurs trajets. Puis chaque arc amplifie la carbonisation des matériaux isolants, il se produit ainsi une réaction qui se poursuit jusqu'à ce que la quantité de carbone soit suffisamment élevée pour qu'un arc l'enflamme spontanément (voir Fig. F82).

Fig. F82 – Génération de défauts d'arc

Défaut d'arc parallèle (court-circuit résistif)

(voir Fig. F83)

Fig. F83 – Illustration d'un court-circuit résistif

Ce phénomène se produit entre deux conducteurs différents (voir Fig. F81).

Fig. F81 – Défaut d'arc parallèle

Chaque fois que les matériaux isolants entre deux conducteurs sous tension sont endommagés, un courant significatif peut être établi entre les deux conducteurs, mais il est trop faible pour être considéré comme un court-circuit par un disjoncteur, et il n'est pas détectable par les dispositifs de protection contre les courants résiduels puisque ce courant ne va pas à la terre.

En traversant ces matériaux isolants, ces courants de fuite optimisent leurs trajets en générant des arcs qui transforment progressivement les matériaux isolants en carbone.

La caractéristique commune de ces phénomènes est l'allumage de l'incendie par des arcs. C'est pourquoi la détection de la présence d'arcs est un moyen d'éviter qu'ils ne deviennent un désastre.

Ces phénomènes peuvent se produire dans les situations suivantes (voir Fig. F85):

Dispositifs de détection de défauts d'arc

Comment fonctionnent-t-ils ?

La technologie des dispositifs de détection des défauts d'arc permet de détecter les arcs dangereux et de protéger ainsi les installations.

De tels appareils ont été déployés avec succès aux États-Unis depuis le début des années 2000, et leur installation est requise par le National Electric Code.

Depuis 2013, la norme internationale CEI 62606 définit les dispositifs de détection des défauts d'arc (Arc Fault Detection Devices : AFDD) qui détectent la présence d'arcs électriques dangereux et coupent l'alimentation électrique du circuit afin d'éviter le déclenchement de la première flamme.

La vitesse est essentielle, car un arc électrique peut se dégrader en un éclair (littéralement), ce qui provoque l'inflammation de tout matériau à proximité et un incendie. Selon la norme CEI 62606, les dispositifs de détection de défauts d'arc réagissent très rapidement en cas de défauts d'arc et isolent le circuit dans un laps de temps limité (voir Fig. F86). Ces arcs électriques dangereux ne sont pas détectés par les dispositifs à courant résiduel, ni par les disjoncteurs ou les fusibles.

Fig. F86 – Courbe de déclenchement (disjoncteur vs AFDD).

Le dispositif de détection de défauts d'arc surveille en temps réel de nombreux paramètres électriques du circuit qu'il protège (voir Fig. F87), afin de détecter des informations indiquant la présence d'arcs électriques dangereux (voir Fig. F88).

Fig. F87 – Principe général des dispositifs de détection d'arcs électriques de Schneider Electric.
Fig. F88 – Anomalies dans les courants électriques qui pourraient indiquer la présence de défauts d'arc potentiellement dangereux.

Par exemple :

  • courant de l'arc (un arc en série est dangereux dès que sa valeur est égale ou supérieure à 2,5 A),
  • la durée d'apparition de l'arc (des durées très courtes, par exemple, sont caractéristiques du fonctionnement normal d'un interrupteur),
  • l'irrégularité de l'arc (les arcs de moteurs à balais, par exemple, sont assez réguliers et ne doivent donc pas être considérés comme dangereux),
  • la distorsion du signal en courant (sinus) au moment de son passage à zéro est caractéristique de la présence d'un arc électrique : le courant ne circule qu'après l'apparition d'un arc nécessitant une tension minimale à créer (voir Fig. F89),
  • la présence de perturbations à différents niveaux de hautes fréquences est caractéristique du passage d'un courant à travers des matériaux hétérogènes (comme l'isolation des câbles).
Fig. F89 – Forme d'onde typique d'arc électrique. Tension d'arc (noir) et courant (vert).

Types de dispositifs de détection de défauts d'arc

Les AFDD sont assemblés avec un système de déconnexion qui interrompt le courant en cas de défaut d'arc, empêchant ainsi le feu de démarrer.

Selon la norme CEI 62606, trois méthodes de construction des dispositifs de détection des défauts d'arc sont répertoriées (voir Fig. F90) :

Fig. F90 – Méthodes de conception de dispositifs de détection de défauts d'arc.
  • AFDD en tant que dispositif unique, incluant une unité de détection de défaut d'arc et des moyens de coupure et destiné à être installé en série avec un dispositif de protection, pouvant être un disjoncteur (MCB) ou un disjoncteur différentiel (RCBO) (voir Fig. F91),
Fig. F91 – Unité AFDD avec moyens de coupure installés en série avec RCBO.
  • AFDD comme un seul dispositif, comprenant une unité de détection de défauts d'arc et un dispositif de protection tel qu'un disjoncteur (MCB) ou un disjoncteur différentiel (RCBO) (voir Fig. F92),
Fig. F92 – Unité AFDD avec MCB.
  • unité de détection de défauts d'arc qui doit être assemblée sur place, avec un dispositif de protection tel que disjoncteur (MCB) ou disjoncteur différentiel (RCBO) (voir Fig. F93).
Fig. F93 – Unité de détection de défauts d'arc Schneider Electric.

> Exemples d'équipements de détecteurs d'arc électrique

Installation des dispositifs de détection de défauts d'arc

Les dispositifs de détection de défauts d'arc (voir Fig. F94) sont conçus pour limiter les risques d'incendie causés par la présence de courants de défauts d'arc dans les circuits finaux d'une installation fixe.

Ils sont installés dans les tableaux électriques, afin de protéger les circuits alimentant les prises de courant et l'éclairage, et sont particulièrement recommandés en cas de rénovation.

Depuis 2014, la norme internationale CEI 60364 - Installations électriques des bâtiments - Partie 4-42 établit les recommandations suivantes concernant l'installation et l'application des environnements d'AFDD dans les bâtiments résidentiels et tertiaires :

  • dans les locaux où il y a des chambres (ex. hôtels, maisons de soins, chambres dans les maisons),
  • dans les locaux où les risques d'incendie sont élevés en raison de quantités élevées de matériaux inflammables (ex. étables, ateliers de travail du bois, magasins de matériaux combustibles),
  • dans les locaux où des matériaux de construction combustibles sont utilisés (ex. bâtiments en bois),
  • dans les structures facilitant la propagation des incendies (ex. bâtiments de grande hauteur),
  • dans les locaux où sont hébergés des biens précieux (ex. musées).

Il est recommandé d'installer des AFDD au lieu d'origine du circuit final basse tension à protéger (ex. tableau d'une installation électrique).

Plus précisément, l'installation de l'AFDD est fortement recommandée pour protéger les circuits présentant le plus grand risque d'incendie, tels que :

  • câbles en saillie (risque de chocs),
  • câbles extérieurs (risque accru de détérioration),
  • câbles non protégés dans des zones isolées (comme des lieux de stockage),
  • vieillissement, câbles détériorés ou câbles dont les raccordements dans les tableaux sont inaccessibles.

Pour en savoir plus sur les dispositifs de détection des défauts d'arc, vous pouvez télécharger le livre blanc (en anglais) traitant de ce sujet : "How Arc Fault Detection Devices Minimize Electrical Fire Threats"

Fig. F94 – AFDD Schneider Electric.

Liens externes

Les contenus spécifiques aux normes et réglementations françaises sont mis en évidence comme montré sur ce texte
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