Electricité : sécurité électrique (CM1)

La sécurité et les risques électriquesÉlectricité 2 — Électrotechnique

Christophe Palermo

IUT de MontpellierDépartement Mesures Physiques

Web : http://palermo.wordpress.come-mail : cpalermo@um2.fr

Année Universitaire 2010–2011

MONTPELLIER

1 Avant-propos

2 Le risque électriqueLes effets du courant électriqueIntensité du courant et temps de contactLe risque électrique par contact

3 Les schémas de liaison à la terre (SLT)Les différents schéma de liaison à la terreLe schéma de liaison à la terre TT

4 Les dispositifs de protectionLe fusibleLe disjoncteurLe dispositif différentiel à courant résiduel (DDR)Les dispositifs de protection

IUT de Montpellier (Mesures Physiques) La sécurité et les risques électriques 2010–2011 2 / 38

Avant-propos

1 Avant-propos

2 Le risque électrique

3 Les schémas de liaison à la terre (SLT)

4 Les dispositifs de protection

Avant-propos

Electricité, électrotechnique, électronique.... ?

Electricité :“Partie de la physique et de la technologie qui traite des phénomènesélectriques”L’électricité peut être utilisée :

Comme un signalinformatique, musique(enregistrement), tableau debord, etc.

Electronique

Comme une énergiepiles, accumulateurs,alternateurs, moteurs, lumière,etc.

Electrotechnique

Avant-propos

Electronique

Electrotechnique

Avant-propos

Electronique

Electrotechnique

Avant-propos

Principe de base en électricité

Courant électriqueLe courant électrique revient toujours au générateur qui lui a donnénaissance

Le courant ne sort du générateur que s’il peut revenir par un cheminquelconqueS’il n’y a pas de chemin retour, alors le courant ne sort pas

Schéma de principe :1 Une générateur présente une différence de potentiel2 Un récepteur est branché3 Ce récepteur crée un chemin et appelle un courant4 Le courant circule

Avant-propos

Principe de base en électricité

Courant électriqueLe courant électrique revient toujours au générateur qui lui a donnénaissance

Le courant ne sort du générateur que s’il peut revenir par un cheminquelconqueS’il n’y a pas de chemin retour, alors le courant ne sort pas

Schéma de principe :1 Une générateur présente une différence de potentiel2 Un récepteur est branché3 Ce récepteur crée un chemin et appelle un courant4 Le courant circule

Avant-propos

Qu’est-ce que c’est que ça ?Une prise de courant monophasé

:Une phase

rôle : applique un potentieldélivre un courantpotentiel : 230 V efficaces-325 V à +325 V, sinusoïdal

Un neutrepotentiel : 0 Vrôle : référence tensionrécupère le courant en conditionsnormales

Une protection (PE, terre)potentiel : 0 Vrôle : sécurité, récupère le courant dedéfaut

Avant-propos

Qu’est-ce que c’est que ça ?Une prise de courant monophasé :

Une phaserôle : applique un potentieldélivre un courantpotentiel : 230 V efficaces-325 V à +325 V, sinusoïdal

Avant-propos

Et les normes ?

Vue de devant :on ne repère que la PE (terre) !impossible de repérer phase/neutre

Vue de derrière (si l’installation est aux normes françaises...)

Rouge : phase (norme : tout sauf bleu et jaune-vert)Bleu : neutreJaune-Vert : terre

Attention aux anciens bâtiments : phase jaune, terre noire et neutre gris maisaussi phase verte, neutre rouge et terre grise ou blanche...

Le risque électrique

1 Avant-propos

Le risque électrique Les effets du courant électrique

L’énergie électrique

Une énergie :InvisibleLargement utiliséeÀ usage domestique

Potentiellement très dangereuseUne puissance qui n’allumerait pas une ampoule est suffisante pourprovoquer un décès !

Nécessité de protéger :Les installations : disjoncteurs, fusiblesLes personnes : mise à la terre, dispositifs différentiels

Électrisation et électrocution

Avant de commencer, un peu de vocabulaire :Électrisation : “manifestations et lésions provoquées par le passaged’un courant électrique”

Électrocution : décès par choc électrique

Attention !Souvent : abus de langage

Les dangers d’une installation domestique

On croit que l’électricité n’est pas dangereuse : elle l’est !France : plusieurs milliers d’électrisations et 200 électrocutions paran

Corps humain : environ 2 kΩhumidité, tenue, durée et tension de contact, etc.

Courant électrique : danger à partir de 20 à 30 mA(tension de sécurité 50 V)

U = RIPersonne @ 230 V ⇒ plus de 100 mA !

Disjoncteur abonné 30 A : jusqu’à 30 A sous 230 V

Attention !Les installations domestiques sont potentiellement mortelles.

Les risques pour le corps humain

3 risques graves

Blocage musculaireProjection de la personneTétanisationBlocage respiratoire =⇒ asphyxie

Fibrillation ventriculaire :Désorganisation du rythme cardiaquePeut aller jusqu’à l’arrêt du cœur

Effets thermiques :Brûlures superficiellesBrûlures internes et profondes

Mais aussi :Traumatismes secondaires (chutes, mouvements)Incendies

3 risques gravesBlocage musculaire

Projection de la personneTétanisationBlocage respiratoire =⇒ asphyxie

3 risques gravesBlocage musculaire

Projection de la personneTétanisationBlocage respiratoire =⇒ asphyxie

Le risque électrique Intensité du courant et temps de contact

Effets de l’intensité du courant alternatif

Ne pas sous-estimer l’ampère

1 A et plus = mort subite !

La personne électrisée ne peut lâcherprise : il faut couper le courant !

Les effets du courant dépendent de sonintensité

0,5 mA

Seuil de paralysie respiratoire

Arrêt du coeur

Seuil de fibrilation cardiaque irréversible

Seuil de non lâcherContraction musculaire

Choc au toucherRéaction brutale

Seuil de perceptionSensation très faible

0,5 mA

Arrêt du coeur

0,5 mA

Arrêt du coeur

Temps de passage

Tension decontact (V)

Résistanceélectrique Rn

Couranttraversant lecorps (mA)

Temps depassage

maximal (s)50 1725 29 575 1625 46 0,6100 1600 62 0,4150 1555 97 0,28230 1500 153 0,17300 1480 203 0,12400 1450 276 0,07500 1430 350 0,04

Temps de passage :durée maximale de contact avant électrocution (décès)facteur déterminant

Réseau domestique : couper le courant avant 170 ms pour évitertout risque =⇒ dispositif automatique

Temps de passage

Tension decontact (V)

Résistanceélectrique Rn

Couranttraversant lecorps (mA)

Temps depassage

maximal (s)50 1725 29 575 1625 46 0,6100 1600 62 0,4150 1555 97 0,28230 1500 153 0,17300 1480 203 0,12400 1450 276 0,07500 1430 350 0,04

Temps de passage :durée maximale de contact avant électrocution (décès)facteur déterminant

Réseau domestique : couper le courant avant 170 ms pour évitertout risque =⇒ dispositif automatique

Le risque électrique Le risque électrique par contact

Le réseau domestique

Masse d’une installationParties conductrices accessibles d’un matériel électrique susceptiblesd’être mises sous tension en cas de défaut.

Schéma normalisé pour l’installation =⇒ régime TTTT = neutre à la terre (Transfo EDF), masses à la terre (à la maison)Protection contre les surtensionsCourant de fuite lors d’un défaut

Le courant électrique revient toujours au générateur :Fourni par la phaseRetour par le neutre (chemin naturel) ou la terre (si défaut)

2 types de risques électriques par contactContact directContact indirect

Le réseau domestique

Masse d’une installationParties conductrices accessibles d’un matériel électrique susceptiblesd’être mises sous tension en cas de défaut.

Schéma normalisé pour l’installation =⇒ régime TTTT = neutre à la terre (Transfo EDF), masses à la terre (à la maison)Protection contre les surtensionsCourant de fuite lors d’un défaut

Le courant électrique revient toujours au générateur :Fourni par la phaseRetour par le neutre (chemin naturel) ou la terre (si défaut)

2 types de risques électriques par contactContact directContact indirect

Les contacts directs

Phou N

Contact phase-neutreExtrêmement dangereux

le différentiel ne peut rien faire

En général : imputables aux personnesProtection : isolation, dispositif différentiel

Phou N

Contact Phase-Terreil suffit de toucher la phase pour

s’électriser

Phou N

Contact Phase-Terreil suffit de toucher la phase pour

s’électriser

Les contacts indirectsN Ph

Contact entre une masse et laterre

Masse : “partie conductrice accessible d’un matériel électriquesusceptible d’être mise sous tension en cas de défaut.”

Contacts dus à un défaut de l’installationProtection : mise à la terre + différentiel

N Ph N Ph

Contact entre deux massesDangereux mais rare

Masse : “partie conductrice accessible d’un matériel électriquesusceptible d’être mise sous tension en cas de défaut.”

Contacts dus à un défaut de l’installationProtection : mise à la terre + différentiel

N Ph N Ph

Contact entre deux massesDangereux mais rare

Masse : “partie conductrice accessible d’un matériel électriquesusceptible d’être mise sous tension en cas de défaut.”Contacts dus à un défaut de l’installationProtection : mise à la terre + différentiel

Les schémas de liaison à la terre (SLT)

1 Avant-propos

Les schémas de liaison à la terre (SLT) Les différents schéma de liaison à la terre

Définition d’un schéma de liaison à la terre

DéfinitionUn schéma de laison à la terre (SLT) décrit la manière dont le neutre dugénérateur et les masses de l’installation sont reliés à la terre.

S’appelle aussi régime de neutre (ancienne nomination)Repéré par deux lettres

1ère lettre : situation du neutre par rapport à la terre côté générateur(transfo EDF)2ème lettre : situation des masses de l’installation par rapport à la terre

Lettres utilisées :T = relié à la terreN = relié au neutreI = isolé de la terre ou relié par une impédance

Rôle de la liaison à la terre

RôleLe rôle de liaison à la terre est de protéger les installations et lespersonnes

En cas de défaut, le choix du SLT conditionne :Les surtensions (s’il y en a)Les courants de fuite (s’il y en a)

Le schéma de liaison à la terre caractérise le réseau électrique :Ce n’est pas le même à la maison, dans un hôpital, dans une industrie,etc.

Choix d’un SLT

Dépend des besoins et des moyens (financiers et humains).

Il existe 3 SLT : TT, IT et TNTN : domaine industrielIT : continuité énergétique

Centrales nucléaires, blocs opératoires, verreries, etc.TT : domaine domestique

Le régime TT :Avantages :

Plus économiquePas d’entretienPas de surtension =⇒ diminution du risque d’incendies

Inconvenients :Existence d’un courant de fuiteNécessité de protéger les installations et les personnes

Choix d’un SLT

Dépend des besoins et des moyens (financiers et humains).

Il existe 3 SLT : TT, IT et TNTN : domaine industrielIT : continuité énergétique

Centrales nucléaires, blocs opératoires, verreries, etc.TT : domaine domestique

Le régime TT :Avantages :

Plus économiquePas d’entretienPas de surtension =⇒ diminution du risque d’incendies

Inconvenients :Existence d’un courant de fuiteNécessité de protéger les installations et les personnes

Les schémas de liaison à la terre (SLT) Le schéma de liaison à la terre TT

Schéma de principe

4 − 3 ∼00 V

Disjoncteur différentielchez l'abonné

Transformateur

Récepteur 1 Récepteur 2

P.E. : protection équipotentielle (fil jaune et vert des installations modernes)IUT de Montpellier (Mesures Physiques) La sécurité et les risques électriques 2010–2011 22 / 38

En cas de défaut (SLT TT)

En cas de dEn cas de dééfautfaut –– SLT TTSLT TT

! La liaison à la terre permet d’évacuer le courant en défaut! Le disjoncteur différentiel coupe le circuit! La personne est protégée

400 V - 3~

La liaison à la terre permet d’évacuer le courant en défaut

Le disjoncteur différentiel coupe le courantLa personne est protégée

En cas de défaut (SLT TT)

En cas de dEn cas de dééfautfaut –– SLT TTSLT TT

! La liaison à la terre permet d’évacuer le courant en défaut! Le disjoncteur différentiel coupe le circuit! La personne est protégée

400 V - 3~

La liaison à la terre permet d’évacuer le courant en défautLe disjoncteur différentiel coupe le courantLa personne est protégée

Importance de la P.E. et du différentielSupprimons la P.E. : les masses ne sont plus reliées à la terre

LL’’importance de la PE et du diffimportance de la PE et du difféérentielrentiel

! La liaison masse-terre est assurée par la personne : elle est en danger! Le dispositif différentiel peut encore sauver la personne en coupant lecircuit

400 V - 3~

La liaison masse-terre est assurée par la personne : danger !Le dispositif différentiel peut encore la protéger.

Importance de la P.E. et du différentielSupprimons la P.E. : les masses ne sont plus reliées à la terre

LL’’importance de la PE et du diffimportance de la PE et du difféérentielrentiel

! La liaison masse-terre est assurée par la personne : elle est en danger! Le dispositif différentiel peut encore sauver la personne en coupant lecircuit

400 V - 3~

La liaison masse-terre est assurée par la personne : danger !Le dispositif différentiel peut encore la protéger.

Sans liaison à la terre ni différentiel : danger !

Fréquent dans les anciennes installationsDifférentiel 500 mAPas de liaison à la terre

L’utilisateur n’est pas protégéIl constitue la liaison masse-terrele différentiel n’est pas suffisamment sensibledanger de mort

Remarque pour la maison :

Sans liaison Sans liaison àà la terre ni diffla terre ni difféérentiel : danger !rentiel : danger !

Dans les anciennes installations

! Différentiel 500 mA uniquement

! Pas liaisons à la terre

L’utilisateur n’est pas protégé :

! Il constitue la liaison masse-terre

! Il n’y a pas de dispositif différentiel suffisamment sensible :

! Il est en danger de mort

Sans liaison à la terre ni différentiel : danger !

Fréquent dans les anciennes installationsDifférentiel 500 mAPas de liaison à la terre

L’utilisateur n’est pas protégéIl constitue la liaison masse-terrele différentiel n’est pas suffisamment sensibledanger de mort

Sans liaison Sans liaison àà la terre ni diffla terre ni difféérentiel : danger !rentiel : danger !

Dans les anciennes installations

! Différentiel 500 mA uniquement

! Pas liaisons à la terre

L’utilisateur n’est pas protégé :

! Il constitue la liaison masse-terre

! Il n’y a pas de dispositif différentiel suffisamment sensible :

! Il est en danger de mort

Petite question pratique ...Quand on change une ampoule, suffit-il d’éteindre l’interrupteur pour êtreprotégé ?

Petite question pratiquePetite question pratique

Quand on change une ampoule, suffit-il d’éteindre l’interrupteur

pour être protégé ?

NON ! Souvent à la maison l’interrupteur ouvre le circuit au niveau du neutre : le risque par contact Phase-Terre est présent !

NON !Absolument pas ! Il peut arriver que l’interrupteur ouvre le circuit sur lecâble du neutre.

Petite question pratique ...Quand on change une ampoule, suffit-il d’éteindre l’interrupteur pour êtreprotégé ?

Petite question pratiquePetite question pratique

Quand on change une ampoule, suffit-il d’éteindre l’interrupteur

pour être protégé ?

NON ! Souvent à la maison l’interrupteur ouvre le circuit au niveau du neutre : le risque par contact Phase-Terre est présent !

NON !Absolument pas ! Il peut arriver que l’interrupteur ouvre le circuit sur lecâble du neutre.

Les dispositifs de protection

1 Avant-propos

Les dispositifs de protection Le fusible

Qu’est ce qu’un fusible ?

R = ρl/S : S diminue =⇒ R augmenteEffet Joule RI2 : I et R grands =⇒ échauffement important

Le courant que peut transporter un conducteur dépend de sa section

DéfinitionUn fusible est un filament conducteur dont la section dépend du courant àsupporter

Trop de courant : le fusible fond

Qu’est ce qu’un fusible ?

R = ρl/S : S diminue =⇒ R augmenteEffet Joule RI2 : I et R grands =⇒ échauffement important

Le courant que peut transporter un conducteur dépend de sa section

DéfinitionUn fusible est un filament conducteur dont la section dépend du courant àsupporter

Trop de courant : le fusible fond

Rôle et type d’un fusible

Assure la sécurité d’une installation électrique en interrompant lacirculation du courant électrique

Différents types : cela dépend des besoinsles fusibles gG : usage général, présents dans les maisonsles fusibles aM : accompagnement moteur

supportent de forts courants de pointe pendant des temps courtsenroulements (transformateurs, moteurs, etc.)présents dans les maisons pour les climatiseurs

Avantage : peu cher, petit (embarquable sur un appareil)

Inconvénient : le fusible se détruit lorsqu’il joue son rôle decoupe-circuit

Les dispositifs de protection Le disjoncteur

Qu’est-ce qu’un disjoncteur ?

Définition d’un disjoncteurUn disjoncteur est un dispositif capable d’établir, de supporter etd’interrompre des courants dans des conditions normales, mais aussidans des conditions de surcharge et/ou de court-circuit.

Le pouvoir de coupureLe pouvoir de coupure Icn d’un disjoncteur est la plus grande intensité decourt-circuit qu’il peut interrompre.

un arc électrique s’oppose à l’ouverturerisque de fusion des contacts si faible Icn

Disjoncteurs, interrupteurs, fusibles et différentiel

Disjoncteur 6= InterrupteurPouvoir de coupureNominal pour l’interrupteur (dizaine d’ampères)Plusieurs milliers de volts pour le disjoncteur

Disjoncteur 6= Fusible : réarmable

Disjoncteur 6= Différentiel“Disjoncteur” : dispositif d’ouverture et de fermeture d’un circuit, àfort pouvoir de coupure“Différentiel” : fonction particulière de protection qui peut être associéà un interrupteur ou un disjoncteur

L’ouverture du circuit

Le disjoncteur protège des surcharges et/ou des court-circuits

Certaines surcharges sont temporaires et ne doivent pas mener à uneouverture du circuit

mise sous tension de transformateursutilisation d’alimentation à découpage

Le disjoncteur ouvre le circuit :au delà d’une certaine intensité du courantau bout d’un certain temps (constante de temps)

Types de disjoncteurs

Différentes technologiesMagnétique :

Induction magnétiqueProtection contre les courts-circuits

ThermiqueBilameProtection contre les surcharges

Magnéto-thermique : usage domestique

Différentes courbes de déclenchement :C pour les équipements classiquesD pour les équipements contenant des moteursetc.

Les dispositifs de protection Le dispositif différentiel à courant résiduel (DDR)

La fonction différentielle

Rôle : protection des personnes

Comparaison du courant de phase avec le courant de neutreInégalité = fuite dans la terre =⇒ coupureAttention : ne prévient pas le risque phase-neutre

Sensibilité I∆nDisjoncteur différentiel abonné (général) :

Sensibilité de 500 mAInsuffisant protéger directement les personnes

Le dispositif différentiel doit détecter un courant de fuite de30 mA = I∆n

Peut être associée à un interrupteur ou un disjoncteur

Phénomènes physiques mis en jeu

Loi de Biot et Savart : un courant crée un champ magnétique−→ courant variable =⇒ champ magnétique variable

Loi de Faraday : un champ magnétique variable induit une forceélectromotrice variable−→ champ magnétique alternatif =⇒ courant alternatif

Schéma d’un dispositif différentiel à courant résiduel

Relais sensible

Absence de défauts : l’aimant permanent est plus fort que le ressort(circuit fermé)Défaut :

Champ magnétique non-nul dans le tore et l’électro-aimantOuverture du circuit

Les dispositifs de protection Les dispositifs de protection

Symboles électriques

Disjoncteur

Disjoncteur différentiel

Fusible

(b)(a)

(a) Élément magnétique(b) Élément thermique

(c) Disjoncteur magnéto-thermique

Disjoncteur

Fusible

(b)(a)

Disjoncteur

Fusible

(b)(a)

Disjoncteur

Fusible

(b)(a)

À retenir

2 facteurs déterminants en cas de choc électrique :L’intensité du courantLa durée de passage du courant

Dispositifs de protection différentielle : sensibilité I∆n et un temps deréponseTension, alternative ou continue : danger à partir de 50 VCourant : danger à partir de 20 à 30 mAIl suffit de toucher un seul conducteur pour se mettre en dangerInstallation électrique : protections différentielles de 30 mALe DDR ne prévient pas le risque phase-neutre

À retenir

Dispositifs de protection différentielle : sensibilité I∆n et un temps deréponse

Tension, alternative ou continue : danger à partir de 50 VCourant : danger à partir de 20 à 30 mAIl suffit de toucher un seul conducteur pour se mettre en dangerInstallation électrique : protections différentielles de 30 mALe DDR ne prévient pas le risque phase-neutre

À retenir

Dispositifs de protection différentielle : sensibilité I∆n et un temps deréponseTension, alternative ou continue : danger à partir de 50 V

Courant : danger à partir de 20 à 30 mAIl suffit de toucher un seul conducteur pour se mettre en dangerInstallation électrique : protections différentielles de 30 mALe DDR ne prévient pas le risque phase-neutre

À retenir

Dispositifs de protection différentielle : sensibilité I∆n et un temps deréponseTension, alternative ou continue : danger à partir de 50 VCourant : danger à partir de 20 à 30 mA

Il suffit de toucher un seul conducteur pour se mettre en dangerInstallation électrique : protections différentielles de 30 mALe DDR ne prévient pas le risque phase-neutre

À retenir

Dispositifs de protection différentielle : sensibilité I∆n et un temps deréponseTension, alternative ou continue : danger à partir de 50 VCourant : danger à partir de 20 à 30 mAIl suffit de toucher un seul conducteur pour se mettre en danger

Installation électrique : protections différentielles de 30 mALe DDR ne prévient pas le risque phase-neutre

À retenir

Dispositifs de protection différentielle : sensibilité I∆n et un temps deréponseTension, alternative ou continue : danger à partir de 50 VCourant : danger à partir de 20 à 30 mAIl suffit de toucher un seul conducteur pour se mettre en dangerInstallation électrique : protections différentielles de 30 mA

Le DDR ne prévient pas le risque phase-neutre

À retenir

Dispositifs de protection différentielle : sensibilité I∆n et un temps deréponseTension, alternative ou continue : danger à partir de 50 VCourant : danger à partir de 20 à 30 mAIl suffit de toucher un seul conducteur pour se mettre en dangerInstallation électrique : protections différentielles de 30 mALe DDR ne prévient pas le risque phase-neutre

Electricité : sécurité électrique (CM1)

Education

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