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Glossaire · Secteur de l’énergie & transition énergétique

Courant de défaut

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Un courant de défaut est un courant électrique qui circule à cause d'un défaut, surtout d'un défaut d'isolement. Le Vocabulaire électrotechnique international (IEC 60050-826) le définit comme le courant qui, par suite d'un défaut d'isolement, circule en un point de défaut déterminé. Les causes typiques sont des isolants endommagés ou vieillis, l'humidité dans les matériels, des câbles écrasés ou la liaison d'un conducteur de phase avec l'enveloppe d'un appareil (défaut de masse), avec la terre ou avec des parties d'installation mises à la terre. Il ne s'agit donc pas d'un courant de service normal. Le courant de défaut emprunte un chemin qui n'est pas prévu, ou il circule dans des conditions pour lesquelles l'installation n'est pas conçue.

Lorsqu'un courant traverse le corps d'une personne ou d'un animal, la normalisation l'appelle courant de contact. C'est une notion distincte dans le même vocabulaire. Il peut résulter d'un défaut, par exemple lorsqu'une personne touche une enveloppe mise sous tension par un défaut d'isolement. Il peut toutefois aussi apparaître lorsqu'une personne touche directement une partie active. Le courant de défaut se mesure, comme tout courant, en ampères. L'intensité seule ne décrit cependant le défaut que de façon incomplète. Pour l'évaluation comptent aussi le trajet du courant, la durée, la tension de contact qui apparaît, le schéma de liaison à la terre, la mise à la terre, les impédances de la boucle de défaut et le type d'alimentation. Quelques dizaines de milliampères à travers le corps humain peuvent déjà être mortelles. Des courants de défaut de plusieurs kiloampères peuvent détruire des matériels, produire des arcs électriques et déclencher des incendies.

Distinction avec le courant de court-circuit, le défaut à la terre, la surcharge et le courant différentiel

Le courant de défaut est souvent employé comme terme générique pour les courants qui circulent lors de défauts. La normalisation distingue toutefois plusieurs notions : courant de défaut, courant de défaut à la terre, courant de court-circuit, courant de surcharge, courant différentiel, courant de fuite et courant dans le conducteur de protection y constituent chacun une entrée distincte. Lors d'un court-circuit, deux points de tension différente sont reliés par une impédance très faible. Le courant de court-circuit peut devenir très élevé, car seules les impédances de la source, des transformateurs, des lignes et des appareils de coupure le limitent. Un défaut à la terre existe lorsqu'un conducteur actif entre en liaison avec la terre ou avec une partie mise à la terre. Dans les réseaux à point neutre mis à la terre, il peut en résulter un courant de défaut élevé. Dans les réseaux exploités à neutre isolé ou compensé, le courant lors du premier défaut à la terre est généralement nettement plus faible, mais le défaut reste significatif pour l'exploitation.

Une surcharge a une autre cause qu'un courant de défaut. En cas de surcharge, un circuit transporte plus de courant de service que ce qui est admissible durablement. Le courant continue cependant de circuler par le chemin prévu. Un moteur ou une ligne peut être surchargé sans qu'il y ait de défaut d'isolement. Avec le courant de défaut, en revanche, c'est le trajet du courant lui-même qui pose problème. Cette distinction est importante pour le choix des dispositifs de protection. Les fusibles, disjoncteurs de ligne, disjoncteurs de puissance, dispositifs de protection à courant différentiel résiduel et relais de protection réagissent à des caractéristiques différentes d'un défaut.

Dans le langage courant, le courant de défaut est souvent assimilé au courant de déclenchement d'un disjoncteur différentiel (« FI »). Plus exactement sur le plan technique, un dispositif de protection à courant différentiel résiduel (RCD) mesure le courant différentiel. Il forme la somme des courants dans tous les conducteurs actifs, c'est-à-dire dans les conducteurs de phase et le conducteur neutre. En l'absence de défaut, cette somme est quasiment nulle. Si une partie du courant s'écoule par le conducteur de protection, la terre ou une personne, une différence apparaît, et l'appareil déclenche dès qu'elle dépasse sa valeur de réponse. Un RCD ne mesure donc pas le courant au point de défaut lui-même, mais détecte que le bilan des courants dans le circuit surveillé n'est plus équilibré. Il ne détecte donc pas un court-circuit entre conducteur de phase et conducteur neutre, car le bilan y reste équilibré.

Pourquoi la protection contre les courants de défaut est une question de système

Aucun réseau ni aucune installation ne peut être construit de manière à exclure les défauts. Les câbles vieillissent, les isolants sont endommagés, l'humidité pénètre, des animaux provoquent des courts-circuits, des pelleteuses atteignent des lignes. Une exploitation ne devient sûre que par l'interaction d'une conception robuste, d'une mise à la terre appropriée, de la technique de protection, de la maintenance et de conditions de coupure clairement définies. Cela comprend les temps de coupure, les courants de déclenchement et la sélectivité. La sélectivité signifie que, si possible, seul le dispositif de protection le plus proche du défaut coupe. Un défaut dans un seul départ ne doit pas mettre hors tension une station entière ou une zone de réseau plus étendue.

L'intensité d'un courant de défaut dépend fortement de la puissance de court-circuit au lieu du défaut et de l'impédance de la boucle de défaut. À proximité d'un grand transformateur, avec des lignes courtes, des courants très élevés peuvent apparaître. Les dispositifs de protection doivent pouvoir les couper en toute sécurité, et les appareillages doivent supporter les efforts thermiques et mécaniques. À l'extrémité de longues lignes ou en cas de défauts à haute impédance, le courant peut en revanche être si faible que les dispositifs de protection contre les surintensités ne déclenchent pas ou pas assez vite. Pour les installations à basse tension, il existe à cet effet une règle de base : le produit de l'impédance de boucle et du courant de coupure du dispositif de protection ne doit pas dépasser la tension nominale par rapport à la terre. Si cette condition n'est pas remplie, d'autres principes de protection sont nécessaires, par exemple des dispositifs de protection à courant différentiel résiduel, une surveillance de l'isolement ou une liaison équipotentielle de protection supplémentaire.

Schéma de liaison à la terre, mise à la terre et concept de protection

  • Schéma TN : un point de la source de courant, le plus souvent le point neutre du transformateur, est mis à la terre. Les enveloppes des matériels sont reliées à ce point par le conducteur de protection. En cas de défaut de masse, le courant de défaut retourne à la source par le conducteur de protection et est généralement suffisamment élevé pour une coupure par fusible ou disjoncteur de ligne. Selon la DIN VDE 0100-410, dans les réseaux 230/400 V, un temps de coupure maximal de 0,4 s s'applique aux circuits terminaux jusqu'à 32 A. Pour les circuits de distribution et les circuits terminaux plus importants, il est de 5 s.

  • Schéma TT : les enveloppes des matériels sont raccordées à une prise de terre propre à l'installation, séparée de la prise de terre d'exploitation de la source. Les résistances de terre limitent le courant de défaut. Les temps de coupure de 0,2 s pour les circuits terminaux jusqu'à 32 A et de 1 s pour les autres circuits ne peuvent en pratique, avec des résistances de terre réalistes, être respectés le plus souvent qu'avec des dispositifs de protection à courant différentiel résiduel.

  • Schéma IT : les conducteurs actifs sont isolés par rapport à la terre ou ne sont mis à la terre que par une impédance élevée. Lors du premier défaut à la terre, seul un faible courant de défaut circule généralement. Il doit être signalé par une surveillance de l'isolement, mais l'exploitation peut se poursuivre. Cela est utilisé par exemple dans des locaux à usage médical ou dans des processus industriels qui ne doivent pas être interrompus. Si un second défaut survient sur un autre conducteur, il en résulte un double défaut que les dispositifs de protection doivent couper.

Ces différences expliquent pourquoi un même type de défaut a des conséquences différentes selon les installations. Un câble endommagé peut déclencher un courant de court-circuit élevé dans un réseau et, dans un autre, ne faire réagir dans un premier temps que la surveillance de l'isolement. Ce qui est décisif, c'est avant tout le chemin de retour que prend le courant : il détermine si un dispositif de protection détecte le défaut et avec quelle rapidité il réagit. Dans les réseaux moyenne et haute tension, le mode de traitement du point neutre (direct, à faible impédance, compensé ou isolé) détermine l'intensité des courants de défaut à la terre et donc le concept de protection du réseau.

Protection complémentaire de 30 mA en Allemagne

Pour la protection des personnes, la DIN VDE 0100-410, dans sa version d'octobre 2018, exige, pour les installations en courant alternatif TN et TT nouvellement réalisées, une protection complémentaire par des dispositifs de protection à courant différentiel résiduel dont le courant différentiel assigné ne dépasse pas 30 mA dans certains circuits. Cela concerne les prises de courant jusqu'à 32 A utilisées par des non-initiés et à usage général, les circuits terminaux jusqu'à 32 A pour matériels portatifs utilisés à l'extérieur et les circuits d'éclairage dans les logements. Pour des locaux et installations particuliers, par exemple les salles de bains ou les points de charge, le groupe de normes 700 contient d'autres exigences. Les installations existantes bénéficient en principe d'une protection des droits acquis. Lors de modifications, d'extensions ou de contrôles, des mises à niveau peuvent toutefois s'avérer nécessaires. Les 30 mA protègent les personnes ; l'effet de protection contre l'incendie est limité : comme mesure de protection contre l'incendie, on utilise souvent aussi des RCD de 300 mA.

Courants de défaut dans les réseaux avec électronique de puissance

Les installations photovoltaïques, les stockages par batterie, les infrastructures de recharge, les éoliennes et les entraînements à convertisseur de fréquence augmentent la part de matériels d'électronique de puissance, ce qui modifie les courants de défaut à deux niveaux. Dans le réseau, les générateurs synchrones fournissent brièvement, en cas de court-circuit, un multiple de leur courant nominal. Les onduleurs limitent en revanche leur courant par voie électronique, le plus souvent à environ une à une fois et demie le courant nominal. Leur comportement en cas de défaut dépend de la régulation, des règles de raccordement au réseau et des paramètres de protection. Le courant de défaut peut ainsi être plus faible, plus bref ou différent par sa phase par rapport à celui des machines tournantes. Les concepts de protection qui reposent sur de fortes surintensités ne fonctionnent donc pas automatiquement aussi bien. Les gestionnaires de réseau doivent vérifier en conséquence les relais de protection, les concepts de mise à la terre et les conditions de coupure.

Dans les circuits terminaux, les convertisseurs peuvent en outre produire des courants de défaut continus lisses ou des courants de défaut de fréquences plus élevées. Les dispositifs de protection à courant différentiel résiduel y sont adaptés à des degrés divers. Le type AC ne détecte que les courants de défaut alternatifs sinusoïdaux et n'est pas autorisé en Allemagne selon la DIN VDE 0100-530. Le type A détecte en plus les courants de défaut continus pulsés et ne tolère des composantes continues lisses que jusqu'à environ 6 mA. Le type F détecte en outre les fréquences mixtes jusqu'à environ 1 kHz. Le type B, sensible à tous les courants, détecte aussi les courants de défaut continus lisses et les fréquences plus élevées. Une composante continue trop importante peut « aveugler » un disjoncteur différentiel de type A, de sorte qu'il ne déclenche pas en cas de besoin réel.

Pour les points de charge de véhicules électriques, la DIN VDE 0100-722 exige que chaque point de raccordement soit doté de son propre dispositif de protection à courant différentiel résiduel de 30 mA au plus. Il doit en outre être protégé contre les courants de défaut continus lisses. Il existe pour cela deux voies équivalentes : un RCD de type B, ou un RCD de type A ou F associé à une détection de courant de défaut continu selon IEC 62955, qui coupe à partir de 6 mA. Cette détection est déjà intégrée dans de nombreuses wallboxes.

Malentendus typiques

Le courant de défaut n'est ni un gaspillage de courant ni une consommation utilisée de manière inefficace, mais un chemin de courant dangereux ou indésirable. Il faut le distinguer du courant de fuite : dans de nombreux appareils, celui-ci s'écoule aussi en fonctionnement sans défaut, par exemple par des filtres antiparasites, vers la terre ou vers le conducteur de protection. Si de nombreux courants de fuite s'additionnent dans un circuit, un RCD peut déclencher sans qu'il y ait de défaut d'isolement. L'endroit où se situe la limite entre courant de fuite admissible et défaut dépend de l'appareil, de la norme de produit et de la mesure de protection.

Un autre malentendu est de croire que chaque fusible protège de façon fiable les personnes contre l'électrisation. Les fusibles et disjoncteurs de ligne servent avant tout à la protection contre les surintensités des lignes et des installations. Ils n'assurent la protection en cas de défaut que si la boucle de défaut est suffisamment peu résistive pour que le temps de coupure soit respecté. Ils ne protègent pas contre des courants de l'ordre du milliampère à travers le corps. Un disjoncteur différentiel ne remplace pas non plus une mise à la terre conforme aux règles de l'art, ni un cheminement correct du conducteur de protection, ni un contrôle régulier de l'installation. Il fait partie d'un concept de protection, il n'en est pas le substitut.

L'idée qu'un courant de défaut élevé serait toujours pire qu'un courant faible est également trop grossière. Les courants de défaut élevés sont destructeurs et imposent de fortes exigences au pouvoir de coupure des dispositifs de protection, mais ils sont détectés rapidement. Les faibles courants de défaut peuvent en revanche rester longtemps non détectés et créer ainsi des dangers d'incendie ou de contact. La technique de protection évalue donc ensemble l'intensité du courant, le temps, le trajet du courant, la tension et le pouvoir de coupure.

Importance institutionnelle et économique

La protection contre les courants de défaut est fixée dans des normes, des conditions techniques de raccordement et des prescriptions d'exploitation, parce que de simples erreurs de décision peuvent avoir des effets au-delà de l'installation concernée. Un dispositif de protection mal dimensionné ne coupe peut-être pas en cas de défaut. Un manque de sélectivité peut mettre hors tension des zones inutilement vastes. Un type de RCD inadapté peut être aveuglé ou déclencher de manière intempestive. Il en résulte des coûts de planification, de contrôle, de documentation et de maintenance, à peine visibles dans le prix de l'électricité, mais qui font partie de la sécurité d'approvisionnement. Pour les gestionnaires de réseau, la gestion des courants de défaut fait partie de la qualité de fourniture ; pour les exploitants d'installations, de la sécurité d'exploitation et de la responsabilité ; et pour les fabricants, elle influence la conception des produits et la coordination de l'isolement. Avec les pompes à chaleur, les points de charge, les stockages par batterie et les onduleurs PV en grand nombre, ce niveau gagne en importance dans les réseaux basse et moyenne tension.

Le courant de défaut désigne ainsi un état de défaut que l'on décrit par le trajet du courant, son intensité et sa durée. Il n'est maîtrisable que par l'interaction de la mise à la terre, du dispositif de protection, du schéma de liaison à la terre et de la prescription d'exploitation. La sécurité électrique ne naît donc pas de l'absence de défauts. Elle naît du fait qu'une installation détecte sans ambiguïté les défauts, les limite localement et les coupe à temps.

Sources

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Edited by eCMS on 11.11.2026 19:47

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