DANGERS DE L ÉLECTRICITÉ

Transcription

1 DANGERS DE L ÉLECTRICITÉ 1 Introduction Risques électriques Pour les personnes Pour les équipements Liens entre les risques et les paramètres électriques Tension Courant Impédance Fréquence Effets du courant passant par le corps humain Valeurs de l impédance totale ZT du corps humain Zones des effets des courants alternatifs Influence de la fréquence Influence des conditions de la peau Effet de la capacité du corps Conditions limites (hypothèses prudentes) Limites d énergie dans les décharges impulsives Effets du courant continu...9 Bibliographie...10 L:\Les dangers de l'électricité.doc page 1/10

2 1 Introduction Ce document, qui est une annexe au code C1, vise à présenter les principaux dangers de l électricité. Il n'a pas pour but d'apporter de nouvelles connaissances sur cette question mais uniquement de résumer de manière simple ce qui est exposé dans différentes normes. En particulier, la présente note se fonde essentiellement sur la publication de la CEI, qui doit continuer à servir officiellement de référence. On trouvera plus de détails sur les sujets traités en se reportant aux documents spécialisés. Une sélection courte et non exhaustive d'ouvrages de base est présentée dans la bibliographie. L:\Les dangers de l'électricité.doc page 2/10

3 2 Risques électriques L électricité peut être dangereuse à la fois pour les personnes et pour les équipements. Les principaux risques que l électricité peut occasionner sont les suivants : 2.1 Pour les personnes Fibrillation ventriculaire. Inhibition du tissu nerveux. Brûlures. Décomposition électrolytique. Irradiation par des rayons ultraviolets (pendant un arc électrique). 2.2 Pour les équipements Surtension. Feu. Contrainte mécanique (en cas de court-circuit). Arc. Explosion. 3 Liens entre les risques et les paramètres électriques Les risques de l électricité sont étroitement liés à ses paramètres. Les accidents proviennent fréquemment de ce que les valeurs déterminantes ne sont pas respectées, comme les statistiques le confirment chaque année dans tous les pays. 3.1 Tension L application d une tension à une impédance (c est-à-dire à tous les corps) provoque le passage d un courant et 2 celui-ci produit ordinairement une dissipation de puissance réelle selon la loi : P ( W ) = R( Ω ) I( A), où R est la partie résistive de l impédance et I la valeur efficace du courant. Certains des risques directement liés à la tension sont les suivants : Vieillissement des matériaux isolants. Rupture d isolation ayant pour conséquence de mettre sous tension des parties normalement protégées. Amorçage d arc, avec explosion ou rayonnement à haute température jusqu à environ K. Production d étincelles, avec risque d explosion selon l atmosphère. 3.2 Courant Un courant traversant la partie résistive d une impédance dissipe de la puissance qui est transformée en chaleur et la partie conductrice est ainsi portée à une température d équilibre déterminée par la configuration de l échange thermique. Le courant peut donc avoir les effets suivants : Echauffement et, à la limite, feu Vieillissement thermique des matériaux isolants. L:\Les dangers de l'électricité.doc page 3/10

4 Le courant a également un effet électrodynamique qui est toujours présent mais qui peut entraîner : Des contraintes mécaniques, surtout en cas de court-circuit, car les valeurs de courant sont alors plus élevées que la normale. 3.3 Impédance Pour une tension constante, le courant varie en raison inverse de l impédance. Dans des conditions accidentelles, la valeur de l impédance ne peut pas être déterminée à l avance, de sorte que : Si elle est trop basse par rapport aux conditions normales, le courant qui circule est très élevé, avec les conséquences suivantes : effet thermique, effet mécanique, arc électrique, feu. (On peut donner comme exemple le contact accidentel d un outil avec des parties d équipements sous tension). Si elle est trop élevée par rapport aux conditions normales, elle peut créer des sources d échauffement localisées avec une dissipation insuffisante qui entraîne un effet thermique ou un amorçage d arc. (On peut donner comme exemple un contact défectueux ou une corrosion localisée). 3.4 Fréquence La valeur d une impédance est fonction de la fréquence de la tension appliquée. La tension ou le courant qui en résultent, en particulier dans des conditions accidentelles et transitoires, doivent être considérés en tenant compte de la fréquence afin d évaluer tous leurs risques. 4 Effets du courant passant par le corps humain Le corps humain, comme tous les corps, constitue une impédance électrique. Cependant, comme il n a pas été conçu comme un élément de circuit servant à limiter le courant, un courant trop élevé qui le traverse peut entraîner la mort.. Les êtres humains vivants présentent une large gamme de valeurs d impédance non linéaires et difficiles à prédire, avec une composante capacitive. Il en résulte essentiellement ceci : L impédance varie en fonction des points d essai et des conditions d essai : par exemple entre les mains ou entre une main et un pied, dans un état sec ou mouillé, etc. La valeur de l impédance varie non seulement en fonction de la fréquence mais aussi - et cette particularité est peut-être plus importante - comme une fonction décroissante de la tension appliquée. Les composantes capacitives de l impédance réagiront à une brusque augmentation accidentelle de tension, lors de l établissement du contact, avec une impulsion de courant à travers le corps. 4.1 Valeurs de l impédance totale ZT du corps humain Les constatations qualitatives qui précèdent peuvent être quantifiées selon les valeurs indiquées dans la publication CEI Les valeurs de l impédance totale du corps données dans le tableau 1 et la figure 1 sont valables pour les êtres humains vivants et pour un courant allant d une main à l autre main ou d une main à un pied, avec des zones de contact étendues (50 cm 2 à 100 cm 2 ) et à l état sec. Elles sont mesurées aux fréquences de 50/60 Hz. L:\Les dangers de l'électricité.doc page 4/10

5 Figure 1 Impédance totale du corps humain ZT Tension de contact (V) 5% de la population Valeur de l impédance totale (Ω) du corps humain qui ne sont pas dépassées par 50% de la population 95% de la population Valeur asymptotique Tableau 1 L:\Les dangers de l'électricité.doc page 5/10

6 4.2 Zones des effets des courants alternatifs La réaction du corps humain au passage du courant varie selon chaque individu. Le seul moyen de quantifier cette réaction consiste à établir des courbes statistiques. La Figure. 2 décrit les effets d un courant traversant un corps en fonction de la durée du flux, pour des courants alternatifs de 50/60 Hz. ZONES Effets physiologiques Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Habituellement aucune réaction Habituellement aucun effet physiologique dangereux Habituellement aucun dommage organique à attendre. Possibilité de contractions musculaires et de difficultés respiratoires, troubles réversibles de la formation et de la conduite des impulsions dans le cœur, y compris une fibrillation des oreillettes et des arrêts cardiaques momentanés sans fibrillation ventriculaire, ces phénomènes augmentant avec l intensité du courant et le temps d exposition. Outre les effets de la zone 3 probabilité de fibrillation ventriculaire augmentant jusqu à environ 5% (Courbe C2), jusqu à 50% (Courbe C3) et dépassant 50% au delà de la courbe C3. Des effets physiopathologiques qui augmentent avec l intensité et le temps d exposition, comme un arrêt cardiaque, un arrêt respiratoire ou de graves brûlure, peuvent se produire. Tableau 2 Figure Influence de la fréquence Il n est pas possible pour l instant d établir, pour les fréquences plus élevées, un diagramme semblable à celui défini pour les fréquences de 50/60 Hz, qui sont les plus courantes dans les applications industrielles mais aussi les plus dangereuses selon nos connaissances actuelles. La figure 3 peut aider à évaluer les risques pour différentes fréquences (source : CEI 479). L:\Les dangers de l'électricité.doc page 6/10

7 Figure 3 Courbe 1 : Limite conventionnelle des valeurs de courant ne donnant normalement lieu à aucune réaction. Courbe 2 : Seuil de perception pour 50% des personnes examinées, c est-à-dire que les autres n ont rien perçu. Courbe 3 : Seuil de perception pour 99,5% des personnes examinées, c est à dire que les autres n ont rien perçu. Courbe 4 : Courant de lâcher pour 99,5% des personnes examinées, c est à dire que 0,5% ne pouvaient plus lâcher. Courbe 5 : Courant de lâcher pour 50% des personnes examinées, c est à dire que 50% ne pouvaient plus lâcher. Courbe 6 : Courant de lâcher pour 0,5% des personnes examinées, c est à dire que 99,5% ne pouvaient plus lâcher. 4.4 Influence des conditions de la peau Lorsqu elle est humide, la surface de la peau peut fournir une voie de passage préférentielle pour le courant car la valeur de la résistance du corps diminue alors fortement. Cette situation est illustrée par la Figure. 4 (source : NFC ) L:\Les dangers de l'électricité.doc page 7/10

8 Figure Effet de la capacité du corps La capacité du corps due à une forte augmentation accidentelle de la tension de contact produit une impulsion de courant dans le corps. La figure. 5 présente un oscillogramme de la tension de contact et du courant dans le corps pour une tension de contact de 200 volts et un choc d une durée de 7 ms, le contact s établissant au maximum de la tension. L:\Les dangers de l'électricité.doc page 8/10

9 Figure Conditions limites (hypothèses prudentes) Dans le cas de décharges non impulsives, et à titre d approximation en vue d une complète sécurité, la valeur limite de l intensité devrait être considérée comme égale à 10 ma et la durée maximum pour 10 ma comme égale à 20 ms Des valeurs différentes pourront être retenues pour les équipements spéciaux haute tension. 4.7 Limites d énergie dans les décharges impulsives On suppose que la valeur de l énergie susceptible de produire une fibrillation est identique à celle employée pour la défibrillation. Cette énergie est d environ 30 joules Les statistiques recueillies jusqu à présent ne font état d aucun accident pour des décharges inférieures au seuil de 10 joules. Cette valeur est donc la limite retenue comme niveau de sécurité pour les décharges impulsives (par exemple en cas de décharge de condensateurs). 4.8 Effets du courant continu Dans le cas du courant continu, il peut se produire, en raison de la présence de sels et de liquides dans le corps, des effets électrolytiques susceptibles d entraîner des réactions électrochimiques. Néanmoins, à tension égale, le courant alternatif à Hz est plus dangereux que le courant continu. Selon le document CEI 479-1, le rapport d un courant direct à sa valeur efficace équivalente de courant alternatif ayant la même probabilité de produire une fibrillation ventriculaire est le suivant : L:\Les dangers de l'électricité.doc page 9/10

10 Bibliographie Nous ne mentionnerons ici que quelques-uns des ouvrages qui traitent de la sécurité électrique. Pour plus d informations, on s adressera à la Commission TIS, Groupe Electricité. CEI 479-1, Effets du courant passant par le corps humain, deuxième édition, R. Choquet, La sécurité électrique - Dunod, 1984 V. Carrescia, Fondamenti di sicurezza elettrica - Hoepli 1984 Freiberger, H.: Der elektrische Widerstand des menschlichen Körpers gegen technischen Gleichund Wechselstrom, Berlin, Verlag Julius Springer, 1934, traduit en anglais par Allen Translation Service, Maplewood, N.Y., U.S.A., N Sam, U.: Neue Erkenntnisse über die electrische Gefahrdung des Menschen bei Teildurchströmungen des Körpers, VDRI-Jahrbuch 1968 Hannovre. L:\Les dangers de l'électricité.doc page 10/10