UTILISATION DE L`ENERGIE ELECTRIQUE FOURNIE PAR EDF

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UTILISATION DE L'ENERGIE ELECTRIQUE FOURNIE PAR EDF
PROBLEMES DE SECURITE
I GENERALITES SUR LA DISTRIBUTION EDF
EDF fournit à l'utilisateur des basses tensions sinusoïdales de fréquence 50 Hz
- soit sous forme monophasée ( distribution à 2 fils )
- soit sous forme triphasée ( distribution à 4 fils )
Amenées de tension EDF
: 1 fil de phase, 1 fil neutre.
transformateur EDF abaisseur
Exemple de distribution EDF à partir d'une centrale électrique
Le schéma ci-dessous illustre une distribution monophasée par souci de simplification.
En pratique il s'agit généralement d'une distribution triphasée.
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Centrale
Alternateur
11 000 V
400 000 V
400 000V
60 000 V
60 000 V
20 000 V
20 000 V
Utilisation
220 V
Terre EDF
Intérêt du transformateur:
Il permet un transport en haute tension qui réduit les pertes en ligne.
II PROBLEMES PHYSIOLOGIQUES LIES A UNE MAUVAISE UTILISATION DU
COURANT ELECTRIQUE.
a) Quelques effets du courant électrique traversant le corps humain.
Le passage du courant dans le corps peut entraîner des réactions de gravité variable.
Cela dépend de l'intensité, du temps de passage du courant, de l'individu, du contact, du parcours
du courant, de sa fréquence etc ...Dans la suite on s'intéressera au 50 Hz.
Selon l'intensité , on pourra ressentir une simple secousse, subir une tétanisation
électrique plus ou moins grave ou une fibrillation ventriculaire. Examinons par ordre de gravité les
différents cas qui conduisent à la mort par électrocution sous tensions relativement faibles.
Tétanisation électrique.
Elle se traduit par une raideur convulsive et douloureuse des muscles rappelant celle du
tétanos. Elle dure aussi longtemps que la victime est en contact avec le courant ( la victime crispée
ne peut lâcher prise). Si la contracture tétanique se manifeste dans les muscles du thorax, elle peut
entrainer l'arrêt de la respiration. Elle s'observe quand les muscles cardiaques sont sur le trajet du
courant et que celui-ci approche les 30 mA efficaces.
L'accident mortel est possible lorsqu'une intensité qui approche 30 mA efficaces traverse le
corps pendant 3 minutes au moins ( si le courant est coupé avant, la respiration pourra reprendre
spontanément; le phénomène est alors réversible).
Fibrillation ventriculaire.
Elle correspond à un état où les fibres du muscle cardiaque se contractent de façon
asynchrone: le cœur ne joue plus son rôle de pompe, d'où perte de connaissance, arrêt respiratoire
et mort. Le risque de fibrillation existe à partir de 80 mA efficaces.
C'est le phénomène d'électrisation le plus à craindre en basse tension parce
qu'immédiatement irréversible.
b) Résistance du corps humain.
Lorsque le corps humain est inséré dans un circuit, il est parcouru par un courant comme le
serait une résistance.
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Cette résistance diminue ( donc le risque d'électrisation augmente ) en fonction des
conditions physiques ( qualité de l'épiderme, hydratation de la peau...) et psychiques ( fatigue,
soucis, anxiété, manque de sommeil... ) propres à augmenter l'humidité de la peau.
Exemple de valeurs de résistance du corps sous des conditions normales d'humidité ( y
compris la sueur ) admises actuellement ( le trajet du courant dans le corps concerne la région
cardiaque ).
sous 25 V
R = 2500 W
I = 10 mA
à 50 Hz
sous 50 V
R = 2000 W
I = 20 mA
sans immersion
sous 250 V
R = 1000 W
I = 250 mA
En conclusion, EDF admet comme valeur limite de différence de potentiel (d.d.p.)
dangereuse pour l'usager la valeur de 25 volts environ. ( Il est évident qu'on a intérêt à réduire le
plus possible cette valeur ).
Remarque: le potentiel en soit n'est pas dangereux ( exemple de l'oiseau sur un fil H.T.)
C'est la différence de potentiel qui est dangereuse.
III CAS POSSIBLES D'ACCIDENTS DUS A L'ELECTRICITE.
1er cas: contact direct bipolaire
L'utilisateur touche à la fois phase et neutre.
Il y a grand danger de mort. La seule protection possible est d'éviter qu'on puisse se
trouver dans cette situation en améliorant par exemple la sécurité des prises.
2ème cas: contacts unipolaires avec passage du courant par retour par la terre.
Exemple 1: Contact direct unipolaire
Le circuit est bouclé car le neutre est relié à la terre. C'est une situation très dangereuse mais
l'utilisateur est protégé s'il a des semelles isolantes ou si le sol n'est pas conducteur.
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Remarque: si l'utilisateur touche seulement le neutre, il n'existe aucun danger.
Exemple 2: Cas des appareils à carcasse métallique; contact unipolaire indirect.
On parle de contact indirect si on touche une "masse"
( ou carcasse métallique ) qui est portée
accidentellement à un certain potentiel par rapport
à la terre.
carcasse
métallique
ou
masse
pieds en caoutchouc
Il existe des moyens efficaces pour réduire les possibilités d'accidents dûs à des
contacts unipolaires.
a) Mise à la terre des appareils à carcasses métalliques, associée à l'utilisation d'un
dispositif différentiel à moyenne sensibilité ( 500 mA ou 300 mA par exemple).Il sagit
notamment des appareils domestiques ou de laboratoire: lave-linge, lave-vaisselle, réfrigérateur,
oscilloscope etc...
b) Utilisation d'un dispositif différentiel haute sensibilité ( 10 à 30 mA )
c) Utilisation d'un transformateur d'isolement ou de séparation.
IV PROTECTION PAR DISPOSITIF DIFFERENTIEL.
EDF impose généralement de relier la carcasse métallique des appareils à une terre de
qualité donc de résistance RT faible. L'installation est alors équipée d'un dispositif différentiel à
moyenne sensibilité ( par exemple 500 mA ) ou haute sensibilité ( par exemple 30 mA ).
Un dispositif différentiel est un dispositif qui coupe l'alimentation électrique dès qu'il
apparait un courant de fuite vers la terre supérieur ou égal à la valeur limite ( par exemple 500 mA
efficaces).
Description d'un dispositif différentiel pour alimentation monophasée.
F
I
I
Tore magnétique
Circuit
différentiel
magnétique
N
Enroulement
secondaire
I-i
I-i
Enroulements
primaires en
opposition
Relais
Régime normal: i = 0, le flux résultant dans le tore est nul.
Cas d'un courant de fuite i. Il existe un flux dans le tore et la bobine du relais est parcourue
par un courant qui éventuellement fait disjoncter le circuit si i est suffisant.
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La fonction différentielle peut être:
-incluse dans un disjoncteur de protection contre les sur-intensités
(surcharges, courts-circuits). On parle de disjoncteur différentiel.
- incluse dans un interrupteur. On parle d'interrupteur différentiel.
- assurée par un relais indépendant. On parle de relais différentiel.
Réalisation d'une installation correcte.
I
I-i
Disjoncteur
différentiel
500
mA
I
Fusible
Moteur
Appareil
à carcasse
métallique
I-i
Terre EDF
i
RT
Terre immeuble
reliée à la carcasse métallique
- Fonctionnement normal: i = 0
- Fonctionnement anormal: i ≠ 0
Dès que i ≥ 500 mA le circuit est coupé.
L'utilisateur est-il protégé alors que le courant de fuite toléré i peut atteindre 500 mA
(largement mortel ) ?
OUI si la résistance de terre RT est assez faible et interdit à la carcasse métallique de se
trouver à plus de 25 V par rapport à la terre ( potentiel limite dangereux défini par EDF)
Valeur de RT admissible.
Il faut: Vcarcasse max. ≤ 25 V = RT x ifuite max.
Pour un disjoncteur de 500 mA ifuite max. = 500 mA ce qui entraine RT ≤ 50 W.
En conclusion le disjoncteur 500 mA ne peut être acceptable que s'il est associé à RT ≤ 50
W. Si RT est trop élevé, Vcarcasse pourra dépasser 25 V en cas d'incident et il y aura risque pour
l'utilisateur.
Dispositif différentiel à haute sensibilité.
On construit actuellement, suivant le même principe, des disjoncteurs 30 et 10 mA. En
principe ils constituent une protection idéale. Leur utilisation tend à se généraliser.
- La sécurité est accrue, même en cas de contact unipolaire direct ( ce n'était pas le cas
avec un disjoncteur 500 mA ).
- A la limite la prise de terre n'est plus nécessaire ( elle est toujours conseillée pour
éviter les accidents dûs à la surprise causée par une petite secousse électrique: par exemple, chute
d'escabeau ).
- Inconvénients: les risques de disjonction fortuite sont plus grands ce qui peut créer
des problèmes avec les congélateurs par exemple et le prix est plus élevé bien que de plus en plus
abordable.
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V PROTECTION PAR TRANSFORMATEUR D'ISOLEMENT OU DE SEPARATION.
Exemple de transformateur de rapport 1
F
220 V
220 V
Ces deux fils ne sont
plus repérés par rapport
à la terre.
N
Terre EDF
Avantages: Il n'existe plus de danger en cas de contact unipolaire direct ou indirect,
ce qui dispense d'une prise de terre.
exclues.
Inconvénients: encombrement et prix. Pour ces raisons les grosses intensités sont
.............................................................................................
Exercice 1
Une centrale nucléaire se trouve à 50 km d'une grande ville. Sa puissance électrique est
égale à 1200 MW. et est supposée y être acheminée en ligne triphasée ( 3 x 400 MW ). Les cables
sont en cuivre ( résistivité: r = 1,6.10-8 Wm )
1) Calculer le courant en 220 V et en 400.000 V.
2) Les pertes par effet Joule doivent être limitées à 1%. Quel doit être le diamètre f du
cable en 220 V et en 400.000 V ?
Exercice 2
Une installation électrique domestique est alimentée par EDF en 6 KW monophasé par des
fils de section s = 6 mm2 en cuivre ( résistivité: r = 1,6.10-8 Wm ). Calculer les pertes par effet
Joule en % pour 10 m de ligne ( 20 m AR ) sous 25 V et sous 220 V.
Exercice 3
1) a) Une machine alimentée sous 220 V secteur a une carcasse ( masse ) reliée à une terre
de très haute qualité RT = 1 W. La ligne d'alimentation est protégée par un fusible de 20 A mais
n'est pas équipée de dispositif différentiel. Montrer que l'utilisateur est protégé vis à vis d'un contact
indirect unipolaire sur la masse.
b) Pourquoi cette solution ( très bonne terre + absence de dispositif différentiel ) n'estelle pas généralisée ?
c) La protection est-elle assurée si RT = 2 W ?
2) a) On complète l'installation précédente par un dispositif différentiel de 500 mA associé
à une terre de qualité moyenne RT = 100 W. L'utilisateur est-il protégé convenablement ?
b) Que doit-on faire pour améliorer la protection de l'usager ?
3) a) On veut réaliser une protection convenable en un lieu où il est difficile d'avoir une
faible résistance de terre. Pour cela, on utilise un dispositif différentiel de 30 mA. De quelle valeur
de RT pourra-t-on se contenter au pire ?
b) Quel(s) avantage(s) supplémentaire(s) le dispositif 30 mA présente-t-il par
comparaison avec le "500 mA" classique ? Quel(s) inconvénient(s) présente-t-il aussi ?