Lycée Professionnel Les CANUTS METIERS de l ELECTROTECHNIQUE COMMUNICATION TECHNIQUE EXPERIMENTATION Les DANGERS du COURANT ÉLECTRIQUE 1- L'intensité : cause essentielle du danger Généralités L électricité ne se sent pas, ne se voit pas, ne s entend pas ce qui la rend dangereuse. Elle peut entrainer des accidents plus ou moins graves : Électrisation voire Électrocution (choc électrique entrainant la mort) Brûlure de contact et interne Effet thermique entrainant des risques de brûlure Incendie Explosion Le choc électrique C est l effet ressenti par le corps humain lorsqu il est traversé par un courant électrique. Cet effet est lié à la fois à l'intensité du courant et à la durée de l'électrisation. La norme CEI 479, d'après le tableau suivant, fixe les zones dangereuses ou non en fonction de ces deux paramètres: Zone 1 : habituellement aucune réaction Zone 2 : habituellement, aucun effet physiologique dangereux Zone 3 (de la ligne b jusqu à la courbe c1) : Habituellement aucun dommages organiques. Probabilités de contractions musculaires et de difficultés de respiration pour des durées de passage du courant supérieures à 2 secondes. Zone 4 (au-delà de la courbe c1) : risques d arrêt du cœur, arrêt de la respiration, brûlures graves - Entre les courbes c1 et c2 : la probabilité de fibrillation ventriculaire augmente jusqu à 5% - Entre les courbes c2 et c3 : probabilité de fibrillation ventriculaire jusqu à environ 50% - Au-delà de la courbe c3 : probabilité de fibrillation ventriculaire supérieure à 50% On retiendra les valeurs pouvant être mortelles : 50 ma en courant continu 25 ma en courant alternatif. La résistance opposée par le corps humain au passage du courant électrique dépend de nombreux facteurs : - tension de contact (U c ) : tension appliquée entre deux parties du corps ; - état et humidité de la peau : peau calleuse ou lisse, sèche ou humide ; - nature du contact avec le sol : pieds nus ou avec chaussures. Pour une même tension de contact, le graphique ci-contre montre que la résistance électrique du corps humain diminue avec le taux d'humidité. BAC PRO ELEEC P.L. 1/5
(R i ) Résistance sous-cutanée des différents tissus appartenant à l'ensemble du corps. (Z p ) Impédance de la peau : le contact entre la main et le fil est électriquement équivalent à un ensemble condensateur et résistance disposés en parallèle; des mesures ont montré qu'au-dessus de 80 volts le condensateur est court-circuité. On a évalué expérimentalement la résistance du corps humain à 1 000 dans les conditions suivantes : peau humide, sans chaussures et dans un local mouillé. Dans ces conditions, il pourrait y avoir danger pour : 0,025 x 1 000 = 25 volts, ce qui a permis de fixer la tension limite à 24 volts. Tension limite (U L ) = 24 V Effets physiologiques du courant alternatif à 50 Hz Le courant électrique a une action sur les principales fonctions vitales : respiration et circulation sanguine. Il peut également provoquer des brûlures en traversant l'organisme. Effets de l'intensité sur une personne adulte, pendant un temps indéterminé : de 0 à 0,5 ma => aucune sensation ou extrêmement faible (picotement sur la langue à 0,45 ma); de 0,5 à 10 ma => sensation très faible ; de 10 à 30 ma => tétanisation musculaire : c'est une contraction qui, dans certains cas, «accroche» la victime à la partie sous tension ; de 25 à 75 ma = seuil de paralysie respiratoire ; de 50 ma à 1 A = seuil de fibrillation cardiaque irréversible ; la fréquence du courant occasionne un désordre du rythme cardiaque, qui s'ajoute aux brûlures provoquées par le passage du courant ; de 1 A à 10 A = atteinte des centres nerveux, brûlures des cellules ; > 10A = brûlures instantanées des tissus, mutilations irréversibles. Influence de la tension Le décret n 88-1056 du 14 novembre 1988 définit les différents domaines de tension comme l'indique le tableau suivant : DOMAINES DE TENSION COURANT ALTERNATIF COURANT CONTINU Très Basse Tension Basse Tension A Basse Tension B Haute Tension A Haute Tension B TBT U 50 V U 120 V BTA 50 < U 500 V 120 < U 750 V BTB 500 < U 1000 V 750 < U 1500 V HTA 1000 < U 50 kv 1500 < U 75 kv HTB U > 50 kv U > 75 kv BAC PRO ELEEC P.L. 2/5
2- Les circonstances d'électrocution - Sans contact : par amorçage - Par contact direct : lorsqu'une personne touche directement une partie active d'un circuit sous tension. - Par contact indirect : lorsqu'une personne touche la carcasse d'une machine ou une masse métallique quelconque, accidentellement en contact avec un conducteur sous tension. Par contact direct Dans le cas de la distribution domestique basse tension, le secondaire du transformateur EDF a son point milieu relié à la terre ; ce point milieu est aussi le départ du neutre. (Régime T.T.; le deuxième T indique que les masses des appareils doivent être également reliées à la terre) En cas de défaut, le sol étant conducteur, on a une boucle de conduction qui permet le passage du courant I C. Ce courant s'écoule à travers le corps de la personne vers la terre, il est limité seulement par : - la résistance corporelle R c ; - les résistances de contact : personne-fil sous tension et personne-sol ; - la résistance du sol ; - la résistance de la prise de terre du transformateur. Cet ensemble de résistances constitue la boucle de défaut. Dans le cas de la figure ci-dessus, le danger d'électrocution est très grand, la tension de contact U C est proche de 230 V pour un réseau 230/400 V. La protection contre les risques de contacts directs peut être obtenue par l éloignement, par la mise en place d obstacles ou par l isolation des parties actives. Par contact indirect R n = terre du neutre. R u = terre de l'utilisation. I d = courant de défaut. I c = courant corporel. PE = conducteur de protection reliant la prise de terre aux masses métalliques de l'installation. BAC PRO ELEEC P.L. 3/5
Le courant corporel I C est fonction de la tension de contact U c et de la résistance corporelle R c. Les personnes qui évoluent en un lieu déterminé ont une résistance corporelle liée à la nature de leur contact avec le sol. La norme a classé les tensions de contact maximales admises ou tensions limites U L, en fonction de la nature des locaux et du temps de contact (cf fig. ci-contre). (U L ) = 50 V : pour une personne de résistance corporelle normale : la peau sèche ou humide, chaussée, évoluant dans des locaux secs ou humides. (U L ) = 25 V : pour une résistance corporelle faible : la peau mouillée, sans chaussures, évoluant dans des locaux mouillés. La protection contre les risques de contacts indirects peut être réalisée : En associant la mise à la terre des masses à des dispositifs de coupure automatique de l'alimentation Par double isolation ou isolation renforcée Par la séparation des circuits (utilisation d'un transformateur d'isolement) Par l'utilisation de la TBTS (très basse tension de sécurité) 3- Exercices A- Sur une ligne 230/400 V, un électricien veut contrôler si les fils de phase sont bien alimentés ; il touche le fil L3 à l'aide d'un «tournevis-testeur». Ce tournevis est formé d'une lame métallique, d'un voyant au néon et d'une résistance de 56 k, le tout placé en série. Pour effectuer sa vérification, l'électricien a les pieds sur le sol carrelé. Comme dans tout circuit électrique, nous sommes en présence d'un ensemble comportant un générateur et une boucle de conduction. 1. Identifier le générateur, en partant de ce générateur ; tracer le circuit que le courant I C emprunte. 2. Calculer le courant corporel I c qui s'écoule en direction du sol. 3. L'électricien est-il en danger? Pourquoi? (On négligera les chutes de tension dues au voyant et aux autres résistances de contact : main-tournevis et pieds-sol). 4. Il renouvelle sa vérification en montant sur un tabouret isolé du sol : que constate-t-il? - Toujours perché sur le tabouret, il met l'autre main sur un tuyau d'eau en cuivre qui sort du sol à proximité. - Que constate-t-il? - Tracer la nouvelle boucle de cheminement du courant. BAC PRO ELEEC P.L. 4/5
B- Une personne X est accidentellement en contact avec un fil de phase pendant 1 seconde. On a évalué sa résistance corporelle Rc à 2 000 et on néglige toutes les résistances se trouvant en série dans la boucle. Le secondaire du transformateur délivre une tension de 230/400 V. 1. Comme dans tout circuit électrique, nous sommes en présence d'un ensemble comportant un générateur et une boucle de conduction : - identifier le générateur et repérer ses bornes ; - en partant de ce générateur, tracer le circuit que le courant I c emprunte. 2. A quelle tension la personne X est-elle soumise? 3. Calculer le courant corporel I c. - La personne X est-elle en danger? Quels sont les risques physiologiques encourus? 4. Une personne Y touche le fil neutre : cette personne est-elle en danger? - expliquer pourquoi. C- Le schéma ci-dessous représente un réseau de distribution 230/400 V qui alimente un récepteur. Ce récepteur défectueux possède une résistance de fuite de 30 due à un défaut d'isolement du fil Ll. L'appareil est relié à une prise de terre R u = 20. Un homme de résistance corporelle R c = 2 000 touche la carcasse du récepteur. Les résistances de contact : main-machine et pieds-sol sont négligeables. 1. Calculer : - le courant de défaut I d ; - la tension de contact U c ; - le courant corporel I c. L'impédance du reste de la boucle de défaut est négligeable (résistance du sol et résistance de la terre du neutre du transformateur). 2. Est-il en danger? BAC PRO ELEEC P.L. 5/5