3.1 Principes. Définitions
■Les différentes protections susceptibles d’être mises en œuvre répondent aux impératifs suivants :
— soit empêcher le contact avec une partie sous tension ;
— soit rendre ce contact non dangereux.
■Les parties sous tension auxquelles il est fait référence sont :
— soit des parties conductrices destinées à être normalement sous tension (conducteurs, bornes, etc.), dites parties actives ;
— soit les parties conductrices des matériels électriques non normalement sous tension, mais susceptibles de le devenir en cas de défaut d’isolement par exemple, et dites masses.
■Les contacts peuvent être de deux pays :
— avec des parties actives nues : contacts directs ;
— avec des masses mises sous tension à la suite d’un défaut d’isolement : contacts indirects.
■Pour qu’un contact dangereux survienne et que le corps soit parcouru par un courant, il faut qu’il soit soumis à une différence de potentiel. Cela peut être :
— soit un contact simultané avec des conducteurs à potentiels différents ;
— soit un contact simultané entre un conducteur sous tension ou une masse en défaut et le potentiel de la terre (sol ou élément conducteur au potentiel de la terre ou à un potentiel voisin).
3.2 Méthodologie
Les mesures de protection peuvent être classées en mesures passives et mesures actives.
3.2.1 Mesures passives
Les mesures dites passives (ne faisant pas intervenir la coupure du courant) sont subdivisées en trois groupes.
(a) Rendre la possibilité de contact avec une partie active hautement improbable, par :
(a1) éloignement : cas des lignes à très haute tension ; (a2) obstacle : enveloppe, écran devant un bornier, porte d’armoire électrique, barrière ou rambarde devant un châssis d’appareillage ;
(a3) isolation : câble souple, interrupteur domestique...
Nota : ces obstacles soit présentent des ouvertures suffisamment petites pour empê-cher un contact avec une partie active (§ 3.4.2.2), soit sont destinés à empêempê-cher un contact volontaire (en particulier pour du personnel averti).
(b) Rendre non dangereux le contact avec une partie active ou une masse, par :
(b1) très basse tension de sécurité (TBTS) ou de protection (TBTP) limitée à 25 V pour les contacts directs et à 50 V pour les contacts indirects ;
(b2) séparation électrique, empêchant le retour par la terre, pour appareils de classe 0 par exemple (§ 3.4.2).
(c) Rendre non dangereux le contact entre une masse et le sol ou entre deux masses à des potentiels différents, par des liaisons équipotentielles :
— principales ou locales en basse tension ;
— généralisées en haute tension en y incluant le sol ou l’empla-cement de stationnement des personnes.
3.2.2 Mesures actives
Les mesures dites actives assurent la coupure du courant en un temps suffisamment court pour que des effets physiopathologiques inacceptables ne puissent se produire. Elles font appel à des appa-reils de protection qui détectent et agissent :
— en cas de surélévation du courant normal (surintensité) : coupe-circuit à fusibles, disjoncteurs... ;
— en cas de dérivation d’une partie du courant par la terre ou les conducteurs de protection : dispositifs à courant différentiel résiduel (dits différentiels ).
3.2.3 Application des mesures
■La protection contre les contacts directs est généralement assurée par les mesures passives (a) et (b1).
■La protection contre les contacts indirects est assurée par les mesures passives (b) et (c) et les mesures actives.
■Leur utilisation en fonction des domaines de tension est la suivante :
— très basse tension : mesure passive du type (b1) ;
— basse tension : mesures passives (a), (b2), (c) ou actives ;
— haute tension : mesures passives (a) ou (c) car, dans ce domaine, les mesures actives sont hors de question, la coupure ne pouvant être assurée en un temps suffisamment court.
3.3 Conception des installations
Les règles (normes) des installations électriques, quelles que soient leurs tensions [basse tension (NF C 15-100), haute tension (NF C 13-100, 13-200)...] ont pour principes fondamentaux que leur respect « est destiné à assurer la sécurité des personnes, des ani-maux domestiques ou d’élevage et des biens, contre les dangers et dommages pouvant résulter de l’utilisation des installations élec-triques dans les conditions qui peuvent raisonnablement être prévues ».
Si, toutefois, ce respect strict peut assurer l’intégrité de la sécurité des biens et des personnes du point du vue exploitation courante des installations (cas du présent paragraphe 3), d’autres éléments sont à prendre en compte pour ce qui est de l’entretien, du dépan-nage, des circonstances autres que celles de l’exploitation courante (§ 4).
Trop souvent, en effet, les préoccupations de coût minimal lors de l’investissement font l’impasse sur ces éléments ; il s’ensuit soit une exploitation déficiente, soit des dépassements obligés des niveaux de sécurité admissibles, tant pour les matériels que pour le personnel. À la limite, ce dernier peut être amené à travailler dans des situations hasardeuses, par exemple sous tension, dans des conditions que l’on aurait pu éviter par une conception intégrant les facteurs suivants (que les normes ne prennent pas en charge) :
— un schéma bien pensé, disposant de suffisamment de dispo-sitifs de sectionnement pour travailler hors tension sur une partie limitée de l’installation, sans en perturber inutilement d’autres ;
— une accessibilité de l’appareillage (tant pour la manœuvre que pour l’entretien) et des matériels d’utilisation (changement des lampes d’un luminaire, par exemple, sans avoir recours à des engins particuliers);
— un éclairage suffisant, naturel et artificiel, normal et de secours ;
— une disposition auto-explicative de l’appareillage, accompa-gnée d’étiquettes, de plaques indicatrices claires dont le libellé cor-respond à l’usage, de schémas ou de synoptiques, un repérage des circuits et borniers, des consignes d’exploitation affichées, en un mot une recherche ergonomique menée en essayant, autant que faire se peut, de se mettre à la place d’une personne n’ayant participé ni à la conception, ni à la réalisation, conditions dans lesquelles le non-dit connu complète une partie de la réalité perçue par un tiers.
L’application de ces dispositions facilite, par ailleurs, un éventuel travail sous tension.
Nota : pour plus de détails, on se reportera à l’article [5].
3.4 Protections par l’installation
Outre les mesures passives (§ 3.2.1), les mesures actives se réfèrent à ce qu’il est convenu d’appeler schémas des liaisons à la terre, encore dénommés régimes du neutre, c’est-à-dire les situa-tions respectives du point neutre des transformateurs HT/BT, des masses et du conducteur neutre des installations [2].
3.4.1 Régimes du neutre
Les différents schémas de distribution en basse tension (figure 3) sont codifiés par les lettres suivantes :
— 1re lettre : situation de l’alimentation par rapport à la terre :
T : liaison directe d’un point de l’alimentation avec la terre, I : isolation de toutes les parties actives par rapport à la terre, ou liaison d’un point de l’alimentation à la terre à travers une impédance ;
— 2e lettre : situation des masses de l’installation par rap-port à la lettre :
T : masses reliées directement à une prise de terre élec-triquement indépendante de celle de l’alimentation ;
N : masses reliées directement au point de l’alimentation mis à la terre, soit par un conducteur commun avec le neutre (troi-sième lettre C), soit par un conducteur distinct de celui du neutre (troisième lettre S).
Les schémas ont une importance majeure dans la détermination des conditions de protection contre les contacts indirects, basées sur la mise à la terre des masses associée à un dispositif automa-tique de coupure. Ces conditions tiennent compte [2] :
— de l’utilisation de matériels de classe I (§ 3.4.2.1) mis à la terre au moyen d’un conducteur de protection ;
— de la valeur du courant de défaut Id circulant dans la boucle de défaut ;
— de la probabilité qu’un défaut se manifeste dans l’installation fixe, en l’absence d’un contact d’une personne avec la masse en défaut ; la durée maximale d’élimination du défaut est :
• fonction de la tension nominale et du régime du neutre [2]
pour la partie utilisation, comportant des matériels tenus à la main ou susceptibles d’être fréquemment manœuvrés ;
• de 5 s au plus, pour la partie distribution, dont les matériels fixes sont moins souvent utilisés ou soumis à sollicitations.
En courant alternatif, le point de l’alimentation mis à la terre est généralement le neutre, s’il est accessible, ou, dans le cas contraire, une phase.
Ce qui précède est valable principalement pour la basse ten-sion. Pour la haute tension, une notation complémentaire prend en compte le genre de liaison des masses du poste qui inter-vient notamment pour la protection contre les surtensions [4].
Figure 3 – Régimes du neutre
3.4.2 Classification des matériels
3.4.2.1 Classes des matériels
■ Les matériels sont répertoriés, du point de vue de la protection contre les contacts indirects, en quatre classes, dont la numérota-tion n’implique aucune hiérarchie de valeur.
●Classe 0 : matériels sans borne de terre, avec une isolation principale, la sécurité reposant sur l’environnement (potentiel de la terre absent, sol et parois isolants).
●Classe I : matériels ayant une borne destinée à être reliée à un conducteur de protection, ayant une isolation principale, la sécurité étant assurée par un dispositif de coupure associé.
●Classe II : matériels comportant, en plus de l’isolation princi-pale, une isolation supplémentaire, ou ayant une isolation renforcée ; sans borne de terre. Leur protection repose sur le fait qu’un défaut interne ne provoque aucune manifestation extérieure, la sécurité restant assurée, même en cas de non-fonctionnement.
●Classe III : matériels destinés à être utilisés seulement avec une alimentation à très basse tension de sécurité ou de protection (TBTS ou TBTP) sans borne de terre ; leur isolation principale cor-respond à la tension d’emploi.
Sur le plan du principe général, on remarque que la sécurité est assurée par deux mesures complémentaires (tableau 2).
■Les classes s’appliquent, en général, aux matériels électriques à basse tension. Certains matériels, toutefois, n’entrent pas dans cette classification mais, sous certaines conditions de composition ou d’emploi, peuvent être réputés identiques à l’une des classes citées :
— les câbles, à isolement 1 000 V, sans armure métallique sont assimilés à la classe II ;
— le petit appareillage (interrupteurs, etc.) est assimilé aux conditions d’emploi de la classe II.
3.4.2.2 Indices de protection
Il existe une classification s’appliquant aux enveloppes des maté-riels, correspondant à différents niveaux de protection contre les influences externes (pénétration d’éléments solides, de liquides, pro-tection contre les chocs mécaniques).
Les paramètres caractérisent des essais pour chaque niveau et sont repérés par des chiffres dits indices de protection IP [2] [3].
Nota : la protection contre l’entrée d’un doigt humain (niveau minimal de protection contre les contacts directs) correspond à l’indice IP2x, celle empêchant la pénétration de gouttes d’eau tombant verticalement est référencée IPx1 (le signe x marque la place de l’indice manquant).
Il existe également un troisième chiffre (résistance aux chocs mécaniques), mais il est strictement français et non reconnu inter-nationalement. Il n’a qu’une valeur indicative.
Cette classification est basée sur la norme NF C 20-010.
3.4.3 Dispositifs de protection
L’utilisation des différents dispositifs de protection disponibles sur le marché pour assurer la protection contre les contacts indirects, dans les temps prescrits pour l’élimination des défauts, nécessite la connaissance du courant de défaut Id susceptible de se produire à un endroit déterminé.
En toute première approximation, et seulement pour avoir l’ordre de grandeur de ce courant, on peut simplifier la représen-tation de la boucle de défaut par les schémas de la figure 4, avec les notations suivantes et, pour fixer les idées, quelques valeurs.
RA résistance de la prise de terre des masses (= 10 Ω) ; RB résistance de la prise de terre du neutre (= 2 Ω) ;
Zi impédance insérée dans la mise à la terre du neutre (= 1 000 Ω) ;
ZL impédance du circuit (= 0,1 Ω) ;
ZPE ou ZPEN impédance du conducteur de protection ou du conducteur neutre et de protection confondus (= 0,1 Ω) ; ZS impédance de la source (= 0,01 Ω).
(0) Il faut noter que la classe 0 est en voie de disparition ; depuis
1991, la possibilité de l’utiliser dans les locaux secs et non conducteurs des immeubles d’habitation a été annulée, reposant plus sur une fiction que sur une réalité.
Tableau 2 – Protection des personnes contre les chocs électriques
Stade de protection
Classe de matériel
0 I II III
premier Isolation principale Isolation principale Isolation principale Tension inférieure à 50 V deuxième
Isolation par le sol (local sec et non
conducteur)
Mise à la terre et dispositif de coupure associé
Isolation supplémentaire
ou renforcée Alimentation de sécurité
On a alors, avec U0 = 220 V tension simple :
— en schéma TT
— en schéma TN
— en schéma IT
ou une valeur très voisine si le retour se fait par la terre.
■On voit aisément que, seul, le schéma TN peut utiliser comme dispositifs de protection des matériels tels que les fusibles ou les dis-joncteurs à relais électromagnétiques ou, dans certains cas, électro-thermiques.
■Pour le schéma TT, seul un dispositif différentiel peut être mis en place.
■Pour le schéma IT, selon que les masses de l’installation sont interconnectées avec la prise de terre du neutre ou utilisent une prise distincte, on se réfère aux conditions TN dans le premier cas, TT dans le second.
3.5 Appareils de protection
à courant différentiel résiduel
Ces appareils sont basés sur un système détecteur constitué d’un tore magnétique sur lequel sont enroulés autant de bobinages que de pôles de l’appareil, le sens des courants induisant des champs magnétiques assurant une somme vectorielle nulle en l’absence de défaut d’isolement dans le circuit qu’ils contrôlent [2]. Un enrou-lement de détection, avec un système d’amplification, agit sur le mécanisme d’ouverture en cas de déséquilibre excédant un certain seuil. Ces appareils peuvent être :
— soit des interrupteurs différentiels, s’ils ne sont munis que de cette fonction ;
— soit des disjoncteurs différentiels, si, en outre, ils sont équipés de relais électromagnétiques ou électrothermiques, ou des deux.
■Leur sensibilité (seuil de fonctionnement) peut être de trois niveaux :
— haute sensibilité : seuil de 6 à 10 ou à 30 mA ;
— moyenne sensibilité : 100 à 300 mA ;
— normaux : 500 mA et au-dessus.
Les appareils à haute sensibilité sont à fonctionnement non retardé. Les appareils à sensibilité moyenne et normale peuvent avoir un léger retardement intentionnel. Dits sélectifs du type S, ils sont susceptibles, si leurs caractéristiques sont coordonnées avec celles d’autres dispositifs situés en amont, de déclencher avant ces derniers (sélectivité verticale).
■Étant donné leur rapidité d’action et leur haute sensibilité, les appareils ayant un seuil de 30 mA dits DDHS (dispositifs différen-tiels à haute sensibilité) sont très largement utilisés pour parer aux risques d’accidents électriques dans les situations particulières suivantes :
— les appareils mobiles (à ce titre, tous les circuits de prises de courant, de courant assigné au plus égal à 32 A, sont maintenant protégés par ces matériels) ;
— les circuits alimentant les salles d’eau des logements (à l’exception des chauffe-eau électriques non instantanés reliés équi-potentiellement aux canalisations d’eau) ;
— les circuits alimentant de l’éclairage ou des prises de courant à l’extérieur ;
— les chantiers de construction (pour les appareils mobiles ou portatifs).
Il est également admis que les dispositifs à haute sensibilité peuvent apporter une protection complémentaire contre les contacts directs.
Enfin, ils sont utilisés comme mesure temporaire de protection dans le cas des installations anciennes de logements dépourvus de prise de terre et de conducteur de protection.
3.6 Appareils mobiles en basse tension
3.6.1 Généralités
Les appareils mobiles sont ceux qui peuvent être déplacés pendant leur fonctionnement, tout en restant reliés à leur circuit d’alimen-tation. Les appareils portatifs sont ceux qui sont prévus pour être tenus à la main en usage normal.
La différence essentielle de ces appareils par rapport aux matériels fixes est la probabilité qu’un défaut électrique survienne pendant leur utilisation, étant soit tenus à la main, soit en contact avec la main.
Comme, en général, ils sont, de plus, munis de canalisations souples sur lesquelles de nombreuses contraintes sont susceptibles d’être exercées (traction, choc, écrasement, abrasion, torsion, etc.), il n’est pas étonnant que la proportion d’accidents survenant lors de leur utilisation soit plus élevée que celle relative aux matériels fixes.
Ces appareils mobiles sont, en majorité, des outils portatifs (per-ceuses, scies, fers à souder, cisailles, etc.), des lampes baladeuses et des appareils de mesure.
■ Les conditions de sécurité d’ordre général sont de deux natures.
●Le choix de la classe des appareils et de leurs dispositifs de pro-tection ou d’alimentation associés.
●Le bon état apparent des matériels, y compris leurs canalisations.
Pour ces dernières, on portera une attention particulière aux points suivants.
— Le câble souple, qui alimente les outils portatifs et les lampes baladeuses, doit comporter une gaine en élastomère enrobant tous les conducteurs, y compris, lorsque l’appareil est de classe I, le conducteur de protection de l’appareil. Cette gaine doit être main-tenue en parfait état jusqu’à, et y compris, l’entrée dans les fiches et appareils où elle est serrée par un dispositif d’arrêt de traction.
— Les organes de contact des conducteurs de protection doivent être réalisés de façon qu’ils ne puissent être mis en contact avec un conducteur actif lors d’une manœuvre de connexion et que la liaison qu’ils établissent soit assurée avant celle des conducteurs actifs et rompue seulement après la séparation desdits organes de contact, et qu’un même principe subsiste dans la disposition interne de la filerie en cas de rupture par traction sur le câble.
■Les dispositifs de protection ou d’alimentation sont :
●pour les appareils de classe I :
— un disjoncteur différentiel à haute sensibilité (la fonction dis-joncteur assure également la protection en cas de court-circuit ou de surcharge),
— un transformateur de séparation (conforme à NF C 52742 -NF EN 60742) ou un groupe moteur-générateur de caractéristiques équivalentes ;
Figure 4 – Boucles de défaut
●pour les appareils de classe II : un disjoncteur différentiel à haute sensibilité (protection contre les risques de contact direct en cas d’avarie du matériel ou du câble) ;
●pour les appareils de classe III : un transformateur de sécurité (conforme à NF C 52-742) avec une très basse tension limitée à 50 V (cas général) ou à 25 V (emplacements mouillés ou exigus) pour la TBTS, à 25 et 12 V pour la TBTP (dont un point, généralement le point milieu, est mis à la terre pour des raisons fonctionnelles).
3.6.2 Outils portatifs
Les conditions d’utilisation des matériels sont résumées tableau 3. Les outils électriques portatifs doivent être conformes aux normes NF C 20-010, NF C 20-030, NF C 75-100, NF C 75-102 et 103.
3.6.3 Lampes baladeuses
Il s’agit ici d’un type particulier d’appareil d’éclairage mobile, portatif, largement utilisé, et particulièrement exposé aux chutes, chocs, et autres risques.
■Il ne sera fait état, ici, que des baladeuses à usage profession-nel (il existe des modèles dits à usage domestique, de construction plus légère, non autorisés par le code du Travail).
Les baladeuses existent en deux modèles (à lampe à incandes-cence et à lampe fluorescente). Elles doivent être du type non démontable (au sens de NF C 71-008 - EN 60598-2-8), d’un degré de protection minimal IP 45 (double symbole de la goutte dans un triangle) correspondant à l’étanchéité à la lance, ou IP 47, étanches à l’immersion (symbole : 2 gouttes) [2] [3]. (0)
Tableau 3 – Choix et branchement des outils portatifs à main à moteur électrique en fonction du lieu de travail et des caractéristiques de l’installation électrique (extrait de la fiche OPPBTP G4 F 02 89)
Définition du lieu de travail
Caractéristiques de l’installation électrique
Très basse tension de sécurité (TBTS)
ou Très basse tension de protection (TBTP)
Basse tension A - 127/220 - 220/380 - (quel que soit le régime du neutre) Dans chaque cas les solutions sont indiquées dans l’ordre de sécurité décroissante.
Cas général des installations fixes ne comportant pas, en amont du point de branchement, un dispositif différentiel de coupure à haute sensibilité
Cas particulier des installations de chantier comportant, en amont du point d e b r a n c h e m e n t , u n d i s p o s i t i f d i f f é r e n t i e l d e c o u p u r e à h a u t e sensibilité
1er cas :
enceintes conductrices exiguës
1, 2, 3 ci-contre Exemples :
cuves chaudières vides sanitaires
Outil de classe III 2e cas :
locaux ou emplacements mouillés
Outil de classe III
1, 2, 3 ci-dessus, ou à défaut 1, 2, 3, ci-dessus, 4, 5 ci-contre, ou à défaut.
Exemples :
emplacements extérieurs chantiers de construction 3e cas : autres locaux Exemples :
locaux secs à usage industriel,
domestique, administratif ou commercial
Outil de classe III
1, 2, 3, 4, 5 ci-dessus
(avec les tensions limites ci-contre si la source d’alimentation très basse ten-sion est une source de sécurité
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ci-dessus
(avec les tensions limites ci-contre si la source d’alimentation très basse ten-sion est une source de sécurité
Nota : les conducteurs électriques représentés sur les schémas doivent appartenir à des câbles électriques effectivement liés de façon permanente à l’outil. Si cela n’est pas le cas, les câbles (rallonges, enrouleurs...) doivent obligatoirement comporter un conducteur de protection (câbles à 3 conducteurs P + N + T).
TBTS25 V TBTP12 V
TBTS25 V TBTP12 V
TBTS50 V TBTP25 V
La figure 5 schématise les caractéristiques essentielles d’une baladeuse à usage professionnel à lampe à incandescence.
■Il existe également des baladeuses pour atmosphères explo-sibles (NF C 23-514 et suivantes) qui sont à utiliser dans les locaux servant à fabriquer, entreposer, utiliser des matières susceptibles de former, avec l’air, des mélanges détonants (peintures, solvants, essence, etc.).
Les baladeuses sont toutes de classe II ou III en basse tension ;
Les baladeuses sont toutes de classe II ou III en basse tension ;