TP THÈME LUMIÈRES ARTIFICIELLES 1STD2A CHAP.VI. INSTALLATION D ÉCLAIRAGE ÉLECTRIQUE SÉCURISÉE I. RISQUES D UNE ÉLECTROCUTION TP M 02 C PAGE 1 / 4 Courant Effets électriques 0,5 ma Seuil de perception - Sensation très faible 10 ma Seuil de non lâché - Contraction musculaire 30 ma Seuil de paralysie - Paralysie ventilatoire 75 ma Seuil de fibrillation cardiaque irréversible 1 A Arrêt du cœur LES EFFETS DU COURANT ÉLECTRIQUE DÉPENDENT DE L INTENSITÉ DU COURANT QUI TRAVERSE LE CORPS ET DE LA DURÉE DE L ÉLECTROCUTION Intensité Durée Perception des effets 0,5 à 1 ma Seuil de perception suivant l'état de la peau 8 ma Choc au toucher, réactions brutales 10 ma 4 minutes et 30 secondes Contraction des muscles des membres - crispations durables 20 ma 60 secondes Début tétanisation cage thoracique 30 ma 30 secondes Paralysie ventilatoire 40 ma 3 secondes Fibrillation ventriculaire 75 ma 1 seconde Fibrillation ventriculaire 300 ma 110 millisecondes Paralysie ventilatoire et fibrillation ventriculaire 500 ma 100 millisecondes Paralysie ventilatoire et fibrillation ventriculaire II. INSTALLATION DOMESTIQUE Tous les appareils électriques doivent être monté en dérivation ils sont ainsi tous alimentés sous la même tension électrique 1. le disjoncteur de branchement III. RAPPELS DU PROGRAMME D ÉLECTRICITÉ DU COLLÈGE 2. le disjoncteur différentiel... 3. disjoncteur ou fusible
a) Les grandeurs électriques à connaître Un courant électrique est un déplacement d ensemble de porteurs de charge électrique. Il correspond à un débit de charges électriques que l on exprime en C.s - 1 ou A (ampère) L Intensité électrique du courant qui traverse un Dipôle de A vers B correspond au débit de charges électriques Q qui traverse ce dipôle par seconde hab uab = Q t 1/ ANALOGIE HYDRAULIQUE I A (ampere) Q C (coulomb) t s (seconde) Comment créer un courant d eau dans une canalisation Pour qu un courant d eau puisse circuler point A au point B d une conduite hydraulique il suffit que le point A soit surélevé de B Il suffit qu une différence de niveau Z A Z B = h AB > 0 m existe entre ces deux points. Cette différence de niveau induit une différence de pression P A- P B = D Associer les grandeurs électrique hydraulique nom lettre unité nom lettre unité Niveau Z m Dénivellatio h AB m n AB Différence de Pression DP A- P B Différence de niveau AB Z A Z B m débit D m 3.s - 1 Quelques symboles L eau sera en mise en mouvement avec un débit D (m 3.s - 1 ). La différence de niveau h AB est appelée dénivellation qui permet la circulation de l eau avec un débit D (m 3.s - 1 ) Pour que le courant d eau soit permanent il est nécessaire de disposer d une pompe qui alimente le point A afin que la différence de niveau Z A Z B = h AB soit entretenue et maintienne ainsi une différence de pression P A- P B = D entre A et B Comment créer un courant électrique dans un dipôle AB. Pour qu un courant électrique puisse circuler du point A au point B du dipôle, il suffit qu il existe une différence d état électrique ou différence de potentiel (ddp) V A V B- = u AB > 0 V (volt) existe entre les deux points du dipôle La différence de potentiel (ddp) u AB est appelée
tension électrique qui permet la circulation du courant électrique avec une intensité I (A ; ampère) Pour que le courant électrique soit permanent il est nécessaire de disposer d un générateur qui alimente le point A afin que la différence de potentiel V A V B = u AB soit entretenue Circuit électrique Circuit hydraulique 2/ REMARQUES IMPORTANTES : 1/ SENS CONVENTIONNEL DU COURANT ÉLECTRIQUE À l extérieur du générateur le courant électrique circule dans le sens des potentiels électriques décroissant C est à dire de la borne + à la borne - du générateur 2/ NATURE DU COURANT ÉLECTRIQUE a) Dans les conducteurs métallique Le courant électrique est du au déplacement d ensemble des électrons libres présents dans les métaux. Ceux ci se déplacent dans le sens inverse du courant électrique b) Dans les électrolytes (solutions conductrices) - Il n y a pas d électron libre dans les solutions ioniques - le courant électrique est du à un double déplacement des ions présents dans la solution conductrice - les cations (ions positifs) se déplacent dans le sens des potentiels décroissant (comme le courant conventionnel) et migrent vers l électrode appelée cathode - les anions (ions négatifs) se déplacent dans le sens des potentiels croissant ( à l inverse du sens conventionnel) et migrent vers l électrode appelée anode 3/ LES DEUX TYPES DE MONTAGES DES DIPÔLES À CONNAÎTRE Ciruit électrique Montage en série Circuit hydraulique Loi des courants I: Loi des debits D Loi des tensions U : Loi des pressions P
Ciruit électrique Montage en dérivation Circuit hydraulique Loi des courants I : Loi des debits D Loi des tensions U : Loi des pressions P 4/ EXERCICE a) Comment sont montés tous les appareils électrique de l installation dommestique......... b) sous quelle tension électrique sont alimentés : - la cafetière électrique... - la machine à laver :... b) Quelle sera l'intensité totale appelée IP qui traveressera le compteur si une personne utilise tous les appareils électriques sauf lesdeux deux radiateurs électriques?............ b) Quelle sera l'intensité totale appelée IP si une personne utilise les appareils électriques suivants: Les deux lampes, le fer à repasser, la plaque de cuisson et les deux radiateurs électriques?............ c) parmi les trois affirmations suivantes laquelles est exacte? En conclusion l'intensité totale appelée IP est égale à: La somme des intensités de tous les appareils électriques La somme des intensités de tous les appareils électriques en fonctionnement. La somme des intensités de tous les appareils électriques qui ne fonctionnent pas.
TP 1STD2A THÈME LUMIÈRES ARTIFICIELLES CHAP.VI. INSTALLATION D ÉCLAIRAGE ÉLECTRIQUE SÉCURISÉE TP M 02 C PAGE 5 / 4 IV. LOIS GÉNÉRALES DE L ÉLECTRICITÉ 1/ Puissance électrique absorbée par un dipôle L énergie absorbée par un dipôle D soumis à une tension U et traversée par un courant I est donné par la relation A I AB W(watt) D U AB =. V (volt) A (ampère) B 2/ Énergie électrique absorbée par un dipôle pendant une durée Δt L énergie E absorbée par un dipôle D soumis à une tension U et traversée par un courant I pendant la durée Δt est donné par la relatio E AB J joules E AB =.. t V volt A ampère ; tè s (seconde) 3/ Loi d ohm La tension électrique aux bornes d une résistance est proportionnelle à l intensité qui traverse I Aè B la traverse. A I AB = R. V (volt) R Ω (Ohm) U AB A (ampère) B 4/ Loi de Joule Lorsqu une résistance est traversée par un courant elle produit de la chaleur ceci constitue ce qu on appelle l effet joule. Une résistance transforme la totalité de la puissance électrique absorbée en chaleur La puissance. P dissipée par un dipôle de résistance R soumise à une tension et traversée par un courrant est donné par la relation =. = R. 2 W watt V volt A ampère L énergie E AB dissipée par effet joule par un dipôle de résistance R soumise à une tension et traversée par un courrant pendant la durée Δt est donné par la relation W watt E AB =.. t = R. 2. t V volt A ampère ; tè s (seconde)
V. SÉCURISATION DE L INSTALLATION ÉLECTRIQUE 1/ Le risque encouru et son origine : il est du à un échauffement important des éléments conducteurs de l installation Son origine pourrait être du principalement à l effet joule qui accompagne le passage du courant dans ces éléments qui peut être important si les conducteurs sont traversé par une intensité trop importante. Cette surintensité a souvent pour origine un court circuit. On sait que dans cette situation l intensité qui traverse le circuit peut prendre des valeurs très élevées car la résistance du circuit est alors très réduite. Il faut donc tout faire pour éviter tout court- circuit 2/ Règles de sécurité pour protéger les installations électriques a) Choix des fils électriques - utiliser des fils de connexion enveloppés par un enrobage isolant - utiliser des fils dont les dimensions (longueur et diamètre) adaptées à l intensité et donc la puissance utile pour l appareil électrique qu ils alimentent (voir ci dessous) - ne pas tirer sur le cordon d une prise pour la débrancher b) Préserver l installation des conséquences d une surintensité - limiter le nombre d appareil électrique en fonctionnement - éviter les court- circuit - utiliser des fusibles ou des disjoncteurs pour chaque lignes de l installation Section minimale des fils selon la puissance de l appareille électrique VI. Protection des personnes On a vu les risques encourus en cas d électrocution qui dépendent de l intensité du courant qui traverse le corps humain et de la durée de l électrocution. Outre des règles de comportement de sécurité évidentes il faut également doter l installation de dispositifs permettant de réduire les risques d une électrocution accidentelle a) Quelques règles de sécurité de bon sens
- Ne jamais intervenir sur une installation électrique sans mettre hors circuit l installation à l aide du disjoncteur de branchement - L interrupteur n assure pas le rôle du disjoncteur, il faut s interdire d intervenir sur l installation même quand l interrupteur est ouvert - ne pas mettre ses doigts dans la prise de courant une électrocution est possible même en cas de contact avec une seule des bornes de la prise de courant - ne jamais manipuler des appareils électriques les mains humides ou à proximité d eau. - ne jamais manipuler des appareils électriques sans porter des chaussures dotées de semelle isolante b) Dispositifs permettant de réduire les conséquences d une électrocution accidentelle 1/ La prise du secteur Elle délivre une tension alternative de Elle possède trois bornes : - La borne de terre (1): Borne mâle en laiton reliée au fil de terre (jaune et vert)(lui- même relié à une tige métallique plantée dans le sol près de la maison). Elle joue un rôle important dans la protection uniquement si elle est associée à un disjoncteur différentiel. Son potentiel est toujours de 0V. - La borne du neutre (2): Borne femelle, elle est reliée au fil neutre (bleu) du réseau E.D.F. A l'extérieur de l'habitation, E.D.F. relie aussi le "neutre" à la terre. Son potentiel est toujours de 0V (ou proche). - La borne de phase (3): Borne femelle, elle est reliée au fil de phase (rouge) du réseau E.D.F. son potentiel est de 230V. Tout contact avec le fil de phase est très dangereux, voire mortel. Remarque : Lors du fonctionnement normal d un appareil électrique branché sur une prise du secteur aucun courant ne doit circuler dans les fils de Terre U 13 Tension entre la terre et la phase U 12 Tension entre la terre et le neutre U 32 Tension entre la phase et le neutre 220V 0V 220V 2/ Rôle du disjoncteur différentiel Un disjoncteur différentiel met hors circuit le circuit auquel il est relié des lors qu il détecte un courant dans la prise terre (courant de fuite) dont l intensité dépasse une valeur limite qui apparaît sur le disjoncteur différentiel (ex 30 ma dans une le circuit d une salle de bain) 3/ Fonctionnement Cas 1 : Le personnage touche la carcasse, le châssis de la machine n est pas relié à la terre, la machine a un défaut, il n y a pas de disjoncteur différentiel. Représenter sur le schéma avec différentes couleurs les trajets du courant électrique. Pourquoi le personnage est- il en danger?
Cas 2 : Le personnage touche la carcasse, le châssis de la machine est relié à la terre, la machine a un défaut d isolation Représenter sur le schéma avec différentes couleurs les trajets du courant électrique. Pourquoi le personnage est- il en danger? Le courant électrique traversant la prise de terre est appelé courant de fuite. Quel est le rôle de la prise de terre? Utilisation du disjoncteur différentiel Le disjoncteur différentiel est un élément de protection supplémentaire, placé en tête de l installation électrique, il est conçu pour détecter un courant de fuite (différence d intensité entre les courants traversant les fils de phase et de neutre) et couper l alimentation électrique. Suivant les modèles, il peut détecter des courants de fuite d intensité 30 ma, 300 ma, 500 ma, 650 ma. Cas 3 : Le personnage touche la carcasse, le châssis de la machine n est pas relié à la terre, la machine a un défaut d isolation, le disjoncteur différentiel est placé. Représenter sur le schéma avec différentes couleurs les trajets du courant électrique. On suppose que ce modèle de disjoncteur détecte des courant de fuite 300 ma. le personnage est il protégé de l électrocution Cas 4 : Le personnage ne touche pas la carcasse, le châssis de la machine n est pas relié à la terre, la machine a un défaut, le disjoncteur est présent, réglé sur 30 ma et mis sur «On». Pourquoi le disjoncteur réagit il? Quel est le gros intérêt du disjoncteur différentiel associé à la prise de terre en termes de sécurité électrique? Information : Un disjoncteur dont la sensibilité est de 30 ma est le seul à assurer la protection des personnes dans le cas où la terre est de mauvaise qualité. C est la raison pour laquelle depuis 1991, le disjoncteur à «haute sensibilité» (30 ma) est obligatoire dans les logements neufs. Attention! Ce dispositif ne protège pas une personne - qui touche la phase et le neutre en même temps et qui est isolée de la terre.