Comment les Risques Électriques sont Limités (PDF)

SÉQUENCE 2 CHAPITRE 1 Comment les risques électriques dans l’habitat sont-ils limités ? 1. Quelles sont les caractéristiques de la tension du secteur ? La tension du secteur est une tension alternative sinusoïdale (~) de valeur moyenne nulle car : — la tension du secteur alterne entre des valeu...

SÉQUENCE 2 CHAPITRE 1 Comment les risques électriques dans l’habitat sont-ils limités ? 1. Quelles sont les caractéristiques de la tension du secteur ? La tension du secteur est une tension alternative sinusoïdale (~) de valeur moyenne nulle car : — la tension du secteur alterne entre des valeurs positives et négatives ; — s on allure globale est une sinusoïde (signal en forme de « vagues » qui se reproduit identique à lui-même à des intervalles de temps égaux). ——Fig. 1 : exemple de tension alternative sinusoïdale L’utilisation d’un oscilloscope permet de connaître, grâce à l’exploitation d’un oscillogramme, quelques caractéristiques de la tension du secteur. Celle d’un voltmètre permet de mesurer la tension efficace du secteur. CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE 1 A. Période d’une tension alternative sinusoïdale La période, notée T et exprimée en seconde (s) est la durée d’un motif élémentaire. ——Fig. 2 : Mesure d’une période sur un oscillogramme On mesure la période en multipliant la longueur d’un motif élémentaire sur l’écran (en divisions), par exemple celle entre deux maximas successifs de la courbe, par la valeur du balayage horizontal (en s/div ou en ms/div). Exemple : Mesure de la période d’une tension aux bornes d’un générateur basse fréquence (G.B.F.) branché sur le secteur ——Fig. 3 : Branchements et mesure de la période d’un G.B.F. avec un oscilloscope (sur la voie B) En voie B, la période T occupe cinq divisions horizontales alors que la base de temps (sensibilité horizontale) est réglée sur 0,1 ms par division horizontale. T vaut donc 0,5 ms. 2 CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE B. Fréquence d’une tension alternative sinusoïdale La fréquence, notée f et exprimée en hertz (Hz), est le nombre de motifs élémentaires se répétant en une seconde. La fréquence f et la période T sont donc inverses l’une de l’autre. On en déduit que f = 1 et T = 1 avec T en seconde (s) et f en Hz (Hz) T f La fréquence du secteur est de 50 Hz en France donc sa période vaut T = 1 = 1 = 2,0.10-2 s = 20 ms f 50 C. Valeurs maximale et minimale La valeur maximale d’une tension électrique, notée Umax, et celle minimale, notée Umin, sont toutes deux exprimées en volt (V). On mesure la tension maximale en multipliant le nombre de divisions verticales (en div) par la valeur du balayage vertical (en V/div ou en mV/div). ——Fig. 4 : Tensions maximale et minimale Exemple : Mesure des tensions maximale et minimale aux bornes d’un générateur basse fréquence (G.B.F.) branchée sur le secteur ——Fig. 5 : Branchements et mesure de U max et Umin d’un G.B.F. avec un oscilloscope (sur la voie B) CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE 3 Que ce soit Umax ou Umin, ils occupent tous deux 3,2 divisions verticales. La sensibilité verticale de la voie B est 5 V / div donc Umax = 16 V et Umin = - 16 V. D. Tension efficace Si on utilise un voltmètre, branché en dérivation sur la position « alternatif » (AC ou ∼), l’appareil indique une valeur qui est différente de la tension maximale. Il s’agit de la tension efficace Ueff, exprimée aussi en volt (V). La tension efficace d’une tension alternative correspond à la tension continue qui produit le même effet aux bornes d’un conducteur électrique. ——Fig. 6 : Branchements en dérivation d’un voltmètre La tension du secteur, de valeur efficace 230 V, alimentant une ampoule éclaire de la même façon que si elle était reliée à un générateur de tension continue de 230 V. On montre que pour une tension alternative sinusoïdale, Umax et Ueff sont liées par : U Ueff = max 2 Donc pour la tension du secteur, si sa tension efficace vaut 230 V, alors sa tension maximale vaut : Umax = Ueff × 2 = 230 × 2 = 325V 2. Le courant électrique et son intensité Le rôle du générateur est de mettre en mouvement puis de maintenir le mouvement des porteurs de charges dans le circuit. Ces porteurs de charges sont des électrons libres se déplaçant de la borne négative du générateur à sa borne positive. Le courant électrique correspond à la circulation des électrons libres tout au long des éléments du circuit électrique. 4 CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE  ——Fig. 7 : Courant d’électrons libres dans une portion de fil L’intensité du courant électrique est proportionnelle au nombre d’électrons libres qui traversent une section donnée du fil conducteur par seconde. Elle est notée I et s’exprime en Ampère (A). Un ampèremètre, branché en série, permet de mesurer l’intensité du courant électrique. ——Fig. 8 : Branchements en série d’un ampèremètre dans un circuit électrique 3. Risques électriques et protection A. Surintensité et détérioration du matériel Plus l’intensité du courant électrique est importante au sein d’un câble électrique plus il s’échauffe. Il faut donc que la section du fil soit adaptée à l’intensité du courant électrique le traversant. Le branchement d’un nombre croissant d’appareils sur une même prise augmente donc de façon importante l’intensité du courant électrique, pouvant provoquer un début d’incendie car le plastique entourant le fil conducteur chaud s’échauffe à son tour et peut ainsi prendre feu. De même si l’intensité du courant électrique dépasse les préconisations du fabricant dans un appareil électrique, ce dernier risque de subir des détériorations pouvant, dans le pire des cas, déboucher à sa destruction par incendie total ou partiel, incendie pouvant se propager… CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE 5 B. Electrisation et électrocution Le corps humain est conducteur d’électricité et suivant l’intensité du courant qui le traverse et les organes affectés, ce passage accidentel de courant électrique peut blesser (électrisation) voire tuer (électrocution). La durée d’exposition à ce courant électrique accidentel est aussi un des facteurs à prendre en compte comme le montre le graphe ci-dessous. Les risques sont donc très importants dès 30 mA. —— Fig. 9 : Risques sur le corps humain en fonction de la durée de passage du courant et de son intensité C. Importance de la mise à la Terre Il existe deux types de prises électriques : les prises à deux bornes (une borne pour le fil de neutre et une borne pour le fil de phase) et les prises à trois bornes. Les prises électriques à trois bornes sont constituées de : — 1 borne pour le fil de neutre (code : gaine de couleur bleue). — 1 borne pour le fil de phase (pas de code : gaine de couleur rouge, marron ou noir). — 1 borne pour le fil de Terre (code : gaine de couleur jaune et vert). Les gaines isolantes entourant les fils sont en matière plastique. Elles évitent le contact entre les fils afin d’éviter les courts-circuits. ——Fig. 10 : Prise à trois bornes TERRE NEUTRE PHASE Le courant électrique circule entre la phase et le neutre lorsque le circuit électrique est fermé et qu’il ne présente aucun défaut. 6 CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE Le tableau électrique dispose d’une liaison directe avec la prise de Terre, enfouie dans le sol, à plusieurs mètres dans la terre. Elle permet d’éviter les risques d’électrisation et d’électrocution qui pourraient être provoqués par un appareil électrique dont les fils sont abîmés ou présentant un défaut d’isolement. Lorsqu’un appareil électrique est mal isolé, le simple contact avec un élément conducteur va créer un accident électrique. Si c’est un être humain ou vivant qui entre en contact avec un fil mal isolé, il va alors recevoir une importante décharge électrique pouvant causer des accidents graves. Grâce à une prise de Terre obligatoire, le courant qui s’échappe est directement dirigé vers la terre, minimisant l’impact de la décharge électrique. Les deux schémas de la figure 11 ci-après montrent le trajet du courant de défaut lorsqu’il y a un défaut d’isolement au niveau d’un appareil électrique sans et avec prise de Terre. ——Fig. 11 : installation électrique présentant un défaut sans mise à la Terre à gauche et avec à droite D. Rôle du disjoncteur différentiel En cas d’incident ou de fuite de courant supérieure à 30 mA, la mise à la Terre va aussi permettre d’actionner le disjoncteur différentiel de 30 mA qui va alors couper le courant en ouvrant le circuit électrique. Ceci permet d’éviter un accident électrique (très) grave et de comprendre qu’il y a un problème au niveau d’un appareil électrique afin d’y remédier, en faisan intervenir une personne qualifiée. ——Fig. 12 : Ouverture du circuit électrique au niveau du disjoncteur lors d’une fuite de courant électrique CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE 7 E. Règles à respecter Quelques règles simples à suivre pour éviter les situations à risques : Ne jamais utiliser un appareil électrique (même le téléphone) avec les mains mouillées ou les pieds dans l’eau…et surtout pas dans son bain ou sous sa douche (les sols en béton ou en carrelage sont conducteurs). Ne jamais nettoyer un appareil ou changer un de ses éléments sans l’avoir, au préalable, débranché. Ne jamais débrancher un appareil d’une prise électrique en tirant sur le fil. Ne jamais laisser un appareil branché inutilement (fer à repasser, perceuse, robot ménager, etc.). Ne pas laisser d’appareil en veille en cas d’absence. Ne jamais intervenir sur une installation électrique sans avoir d’abord coupé le courant au disjoncteur général (même pour changer une ampoule !). Ne pas surcharger les prises multiples ; choisissez un bloc rallonge comportant des prises à éclipses. Ne jamais utiliser de rallonge simple (sans prise de Terre) avec un appareil nécessitant le raccordement à la Terre. Vérifier que les éclairages de votre salle de bains sont de classe II. Faire changer immédiatement tout appareillage ou matériel électrique endommagé (prise de courant, interrupteur, fil dénudé…). Débrancher vos appareils électriques, le téléphone et l’antenne de télévision en cas d’orage ou de tempête. Ne rien poser sur un appareil électrique. 8 CNED – PREMIÈRE – PHYSIQUE-CHIMIE