LA H O U I L L E B L A N C H E 101
E L E C T R I C I T E
Les dangers d u courant alternatif basse tension
Contrairement à u n e opinion généralement admise, le courant alternatif n'est p a s inoffensif a u x basses tensions industrielles Les statistiques officielles prouvent, a u contraire, q u e les cas d'électroeufion y sont fort n o m b r e u x et attirent l'attention sur la nécessité d'assurer u n e protection plus efficace contre u n danger d'autant plus grand qu'il est très souvent ignoré.
Les règlements administratifs, aussi bien e n F r a n c e qu'à l'étranger, en classant a u point d e v u e d u danger les courants par catégories d e tensions, ont contribué à répandre l'idée q u e toutes les tensions dites basses sont inoffensives. C'est u n e grave erreur, et o n a m ô m e enregistré des cas d e m o r t p o u r des tensions ne dépassant certainement pas 7 0 volts.
D e n o m b r e u x travaux ont été effectués par différents savants pour déterminer le m o d e d'action d u courant sur l'organisme Bien q u e celle action physiologique soit encore assez m a l con- nue, on a d m e t généralement aujourd'hui q u e le courant p r o v o q u e la paralysie et l'arrêt d u c œ u r et détermine ainsi la m o r t
L'étude de certains cas d'électrocution et des expériences récentes ont, d'autre part, m o n t i é q u e l'action sur l'organisme, a u x fréquences industrielles bien entendu, est fonction d e l'in- tensité et que, par conséquent, la tension n'agit qu'indirecte- m e n t en contribuant à a u g m e n t e r le courant qui traverse le sujet
Il a été possible d'apprécier la valeur d e l'intensité pour laquelle u n courant devient dangereux. O n peut la fixer a u x envi- rons de 2 5 milli-ampères ( V K a m m e r e r ) . E n effet, bien q u e certains sujets particulièrement doués aient p u , d a n s certains cas, supporter près d e 0.1 a m p è r e , o n n e doit considérer ces faits q u e c o m m e des exceptions et admettre p o u r certain qu'un courant d e 0 1 a m p è r e à basse fréquence est toujours mortel.
Il faut, d'autre part, tenir c o m p t e d e la façon d o n t se fait la répartition dans le corps et d e l'état d u sujet. C'est ainsi q u e cer- tains contacts obligeant le courant à passer e n grande partie dans la région d u c œ u r offriront b e a u c o u p plus d e danger et q u e certaines personnes, cardiaques, alcooliques o u e n état d e m o i n - dre résistance physique seront plus facilement électrocutées.
Ces raisons m o n t r e n t pourquoi il est p r u d e n t d e fixer c o m m e limite dangereuse u n e valeur assez basse et d'adopter le chiffre de 2 5 milli-ampères
O n peut tirer des observations précédentes u n e conclusion foit simple : c'est q u e le danger sera nul, quelle q u e soit la tension, si la personne qui touche u n conducteur se place d a n s des con- ditions telles q u e la valeur d u courant qui la traverse soit très inférieuie à la valeur m a x i m a indiquée plus haut. P o u r u n cou- rant de quelques milli-ampères, elle sentira u n e secousse désa- gréable et pour u n courant atteignant 2 5 milli-ampères, sa vie sera e n danger.
T o u s les dispositifs d'isolement n'ont d'ailleurs pas d'autre but q u e d e limiter le courant passant à travers l'opérateur et l'ouvrier m a n œ u v r a n t des sectionneurs sur la haute tension n e court a u c u n danger parce q u e la perche isolante qu'il tient introduit dans le circuit d e son corps u n e résistance telle q u e le courant qui passe est à p e u près nul.
N o u s allons m a i n t e n a n t rechercher les conditions dans les- quelles u n contact, soit bipolaire, soit unipolaire, aura p o u r
conséquence d e faire passer dans le corps d u sujet u n courant dangereux. Ici intervient alors la notion d e la résistance d e contact, celle d u courant d e capacité et d e la résistance d'isole- m e n t contre terre d u réseau.
L a résistance d u contact est primordiale car, d a n s la résistance totale qu'offie le corps a u passage d u courant, c'est celle qui d o m i n e . Elle est e x t r ê m e m e n t variable Elle d é p e n d d e 1 état de la p e a u et surtout d e la grandeur d e la surface p a r laquelle le contact s'établit. D e s m a i n s h u m i d e s o u imprégnées d e sueur diminuent cette résistance qui, d'autre part, est e n raison in- verse d e la surface par laquelle s'établit le contact.
L e courant d e capacité est le courant d e fuite qui prend nais- sance dans tous les réseaux à courant alternatif par suite d e la capacité propre d e c h a q u e phase par rapport à la terre S a valeur est d o n n é e par la formule :
I K C u U
dans laquelle K est u n coefficient constant, C représente la capa- cité d e la ligne par rapport a la terre, <,> la pulsation d u courant et U la tension d u réseau. L a personne qui touche u n e phase m e t la résistance constituée par son corps en parallèle avec la capacité d e la ligne et u n courant la traverse. L a formule indique i m m é - diatement qu'en courant continu ( u> = 0 ) , il n'y a pas d e courant de fuite et q u e le danger d e contact est nul, quelle q u e soit la tension, si l'isolement est b o n .
L a résistance d'isolement a enfin u n e importance capitale puisque d a n s l'hypothèse d u contact unipolaire, elle s'ajoute à celle d u corps poui limiter le courant qui traverse ce dernier.
1° C O N T A C T BIPOLAIRE. — D a n s ce cas, le courant traver- sant le sujet est u n i q u e m e n t limité p a r la résistance d e son corps O r , n o u s v e n o n s d e voir q u e cette dernière est très varia- ble et d é p e n d d e plusieurs circonstances, e n particulier d e la surface des contacts et de l'état d e la p e a u a u x points d e contact.
Elle peut facilement varier d e 1 à 1 0 et ceci nous explique pour- quoi u n ouvrier peut trouver la m o r t là o ù d'autres ont à peine senti u n e secousse désagréable D e toute façon, si la résistance t o m b e à 5.000 o h m s , et c'est le cas lorsque le contact se fait à pleines m a i n s , celles-ci étant u n p e u moites, l'accident mortel aura lieu pour u n e tension U telle q u e
U
5000 0 0 2 5 soit U = 1 2 5 volts
2° C O N T A C T UNIPOLAIRE.— C'est le cas le plus fréquent, celui qui intéresse plus particulièrement le personnel n o n spécialiste.
E n courant continu, si l'on a affaire à u n réseau parfaitement isolé, il n e peut y avoir passage d e courant, l'effet d e capacité n'existant pas, c o m m e n o u s l'avons v u p r é c é d e m m e n t . U n tel contact est d o n c théoriquement moffensif, quelle q u e soit la tension et le point A d u réseau est s i m p l e m e n t m i s a u potentiel de la terre p a r l'intermédiaire d u sujet (fig. 1). P r a t i q u e m e n t , l'isolement n'est pas parfait et les résistances d'isolement d e c h a c u n e des lignes p a r rapport à la terre sont respectivement R2 et Rs. Si Rx est celle d u corps et q u e n o u s appelions R la résis-
R i R2 \ tance correspondante à R1 et R2 R —
Rx + R2
Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1929019
102 L A H O U I L L E B L A N C H E le courant d e fuite aura p o u r valeur :
i u
R + B ,
et le courant traversant le sujet :
• R«
Il sera d'autant plus important q u e R2 sera plus g r a n d et, ce qui A
T
"•2
1
i = î{ +
4
Fig 1
est évident a pnori, nul si la phase q u e l'on touche est à la terre ( R . = 0 ) .
E n courant alternatif, les choses se passent différemment.
E n a d m e t t a n t m ê m e u n réseau parfaitement isolé, le courant de fuite n'est pas négligeable en raison d e la capacité et il aura pour valeur : I = K C u U .
P o u r u n e fréquence d e 5 0 périodes, cette valeur n'est jamais négligeable p o u r des réseaux quelque p e u étendus. Elle varie proportionnellement à la tension et c o m m e avec celle-ci a u g m e n t e en m ê m e t e m p s l'importance des réseaux, o n trouvera des cas o ù le courant d e capacité est d e l'ordre d e plusieurs ampères, p o u v a n t m ê m e atteindre et dépasser, s'il s'agit d e longues lignes, la valeur d e 1 0 ampères. P o u r des reseaux d'usines e n basse tension, il est souvent d e l'ordre d e quelques milli-ampères, à m o i n s q u e la présence d e câbles a r m é s n e vienne a u g m e n t e r sen- siblement C. L a personne qui touchera u n pôle placera la résis- tance d e son corps R en parallèle avec la résistance d'isolement de la ligne R j et sa capacité C j (fig. 2 ) L e courant qui
C,±: R , | U,
Géométriquement, courant de (uite ( = ) I ( = ) ' i ( + ) 4 ( + ) '
u
2u,
I:
\/
R*+qb \f[
u,- v \R +R R , \RJ
+2 , i C? o>*Fig. 2
passait primitivement par la terre était fonction d e la tension TJ entre phases, des résistances d'isolement, des capacités des lignes et avait pour valeur s i m p l e m e n t I = C u U dans le cas d'un isolement parfait. A la suite d u contact e n A , u n e partie se dérivera dans le corps d e la personne et son importance sera fonction des constantes des circuits. E n particulier, si Rt = Q (cas d'une phase à la terre), le courant passant p a r R sera nul et o n pourra toucher A i m p u n é m e n t . Si R i est infini (isolement parfait et Cx très petit, le contact n e sera plus dangereux, car le courant total l u i - m ê m e sera très faible.
E n triphasé, si les trois phases ont, par rapport à la terre la m ê m e capacité et sont également isolées, c'est u n s y s t è m e équi- libré q u e l'on a, la point neutre étant la terre et représentant si l'on veut le potentiel 0 (fig. 3). Si l'on place alors entre phases
1 II I
R. C, Rz R3
W//////////////////////////Zffi T
Fig. 3
et terre u n voltmètre d e résistance intérieure R assez forte pour n e pas entraîner d e -perturbation dans la répartition d u courant d e fuite, son aiguille déviera et accusera u n e tension qui sera la tension simple. L a déviation sera la m ê m e p o u r les trois phases.
S u p p o s o n s maintenant q u e sur c h a q u e phase, il y ait des dé- fauts d'isolement d e résistances respectives Rls R2 et R3. Dans ces conditions, le voltmètre n'accusera plus des déviations iden- tiques, le circuit n'étant plus équilibré. L e s tensions U2, Us
d e c h a q u e phase contre terre n e seront plus les m ê m e s . D a n s le cas o ù R x = 0 , o n a \J1 = 0 et la tension c o m p o s é e s'établit entre les autres phases et la terre.
D o n c , si e n reliant les bornes d'un voltmètre approprié, d'une part à c h a c u n e des phases et, d'autre part, à la terre, o n n'ob- serve p a s d e déviation o u des déviations insignifiantes, c'est q u e le courant d e capacité est très faible et q u e l'isolement est b o n sur les trois phases. Si, par e x e m p l e , l'appareil dévie de toute graduation p o u r 5 0 milli-ampères et q u e l'aiguille s'arrête dans l'essai a u 1/10e d e cette graduation, le courant traversant l'appa
1 R=.5.000<o L,
y////////////,
I
Fig. 4
reil est d e 5 milli-ampères seulement et c o m m e il représente une fraction importante d u courant total I, ce dernier est donc peu important (fig. 4 ) .
L A H O U I L L E B L A N C H E 103 D a n s le cas o ù les déviations sont très différentes, il y a lieu
d'incriminer les défauts d'isolement, la phase p r o v o q u a n t la déviation la plus forte étant la m i e u x isolée.
U n simple voltmètre, d e résistance inférieure d e l'ordre de quelques milliers d ' o h m s (2 à 5) p e r m e t d o n c d e se livrer à des investigations intéressantes sur u n réseau basse tension en ser- vice et permet d'apprécier en m ê m e t e m p s le danger d u contact.
O n peut m ê m e aller plus loin et substituer entièrement le volt- mètre à la personne susceptible d'entrer e n contact avec u n e phase. N o u s avons v u p r é c é d e m m e n t qu'il fallait considérer c o m m e limite dangereuse d u courant la valeur d e 2 5 milli-am- pères. Or, de n o m b r e u s e s expériences ont permis d'apprécier la valeur m i n i m a d e la résistance d u corps h u m a i n d a n s les condi- tions les plus défavorables. O n peut la fixer à environ 2 0 0 0 o h m s .
Supposons d o n c q u e n o u s a y o n s à notre disposition u n volt- mètre d e 2.000 o h m s gradué d e 0 à 100 volts. Il donnera sa dévia- tion totale pour u n courant d e
^jjjjjj = 0.05 milh-ampere
Si cet appareil dévie d e 5 0 divisions, le courant qui le traver- sera sera d e 2 5 milli-ampères, représentant la limite dangereuse.
N o u s avons d o n c là u n m o y e n pratique p o u r n o u s rendre c o m p t e si, sur u n réseau déterminé, u n contact est d a n g e r e u x p o u r u n sujet piésentant u n e résistance d e 2.000 o h m s . Cette faible résistance ne peut être atteinte q u e dans des cas tout à fait ex- ceptionnels, m a i s alors la tension mortelle est très faible :
2.000 X 0.25 = 5 0 volts.
E n fait, plusieurs accidents mortels ont eu h e u à des tensions p e u supérieures à cette dernière et, en tous cas, inférieures à 80-90 volts. O n les observe d a n s les endroits o ù le sol est rendu très conducteur soit par l'humidité, soit par la présence d e corps e u x - m ê m e s très conducteurs (sels, acides, etc.), et lorsque le sujet a le corps imprégné d e sueur o u d'humidité et les chaus- sures h u m i d e s
L a présence de pièces métalliques reliées à la terre par des tuyauteries d'eau qui constituent u n e résistance pratiquement nulle est. é m i n e m m e n t favorable à l'électrocution (chaudières, réservoirs métalliques, etc.) Il est évident, p a r e x e m p l e , q u e m ê m e à 5 0 volts, il serait e x t r ê m e m e n t d a n g e r e u x d e toucher de son bain u n e pièce sous tension. A u contraire, avec des chaussures sèches et à condition d e n e toucher q u e d u b o u t des doigts, o n peut i m p u n é m e n t établir le contact avec u n e ligne à 5 0 0 volts ou m ê m e davantage.
Quoi qu'il en soit, n o u s v o y o n s par cet aperçu q u e si le danger d u courant alteinatif basse tension est certain, les cas d'élec- trocution n e peuvent se produire q u e dans certaines circonstances spéciales faciles à prévoir d'après l'état des réseaux et des lieux.
Il est toujours possible d'y parer par l'un o u l'autre des m o y e n s suivants :
1° DIMINUTION D U C O U R A N T D E CAPACITÉ D E S RÉSEAUX. — Il est à remarquer q u e la plupart des accidents e n basse tension sont piovoqués par des contacts unipolaires sur des lignes d e réseaux d'éclairage. A v e c des réseaux étendus, il est très diffi- cile d'obtenir u n b o n isolement et bien q u e cette condition soit remplie, le courant d e capacité qui persiste rend les contacts dangereux. A ce point d e v u e , il est d o n c intéressant d e multi- plier le n o m b r e des transformateurs et, e n particulier, d e séparer les réseaux d e force et d'éclairage, solution qui présente d'autres
avantages en ce qui concerne la régularité d e la tension p o u r l'alimentation des lampes.
Si le courant d e capacité n e dépasse pas quelques milli-ampères, u n contact unipolaire sur u n réseau bien isolé n e sera jamais d a n g e r e u x quelles q u e soient les conditions d a n s lesquelles il s'établit. D ' o ù l'intérêt d e limiter la puissance des transforma- teurs d'éclairage et d e multiplier les interrupteurs bipolaires qui permettent, q u a n d u n e ligne n'est pas e n service, d e l'isoler c o m - plètement et, par suite, d e diminuer u n p e u le courant d e capa- cité.
2° A U G M E N T A T I O N D E L'ISOLEMENT. — L a personne touchant u n conducteur sous tension m e t e n série avec elle la résistance d'isolement d u réseau (fig.5) L e courant qui la traverse,abstrac-
Fig. 5
tion faite d u courant d e capacité et d e la résistance contre terre de la phase qu'elle touche est .
I
=.
UR, + R3
Rx étant sa résistance propre, R2 celle d e l'isolement et d e l'autre phase. Si R2 est infini, elle n e court a u c u n danger, toujours à condition q u e le courant d e capacité soit faible. Si R2 devient nul (phase à la terre), le courant n'est plus limité q u e p a r la résistance d u corps et elle se trouve ainsi d a n s la condition la plus défavorable, celle d u contact bipolaire. L'importance d e l'isolement est d o n c primordiale.
3° E M P L O I D'UNE TENSION TRÈS RÉDUITE — U n m o y e n radical p o u r éviter les accidents est d'adopter u n e tension telle q u e l'in- tensité qu'elle fera passer d a n s le corps n e puisse jamais attein- dre, d a n s les casvles plus défavorables, u n e valeur dangereuse.
E t a n t d o n n é q u e la résistance m m i m a d u corps n e peut q u e très r a r e m e n t descendre au-dessous d e 2 0 0 0 o h m s , il faut u n e tension de 5 0 volts p o u r q u e le courant atteigne 2 5 milli-ampères. E n s'arrêtant, par exemple, à 3 0 volts, o n est certain d e supprimer tout danger. Cette solution s'impose d a n s tous les endroits o ù le sol est r e n d u très conducteur et o ù il est difficile d'obtenir u n b o n isolement L'emploi d e l'auto-transformateur est à rejetei car, si, par e x e m p l e , u n défaut s'établit a u p r m i a n e sur la phase A (fig. 6 ) , la tension sur le réseau à 3 0 volts m o n t e à 2 0 0 volts contre terre. Cette solution pourrait être acceptée à la rigueur à condition d e mettre résolument la phase R à la terre.
4° M I S E S A L A TERRE. — L e s défauts d'isolement des lignes et des appareils ont très souvent, p o u r conséquence, d e m e t t r e sous tension, les pièces métalliques qui les entourent (supports, cof- frets, etc.), et la personne qui touche à ces ferrures peut se faire
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électrocuter. L e s contacts sont d'autant plus dangereux qu'ils se font généralement à pleines m a i n s . P o u r éviter les accidents, la mise à la terre des pièces métalliques n o n parcourues pai le courant, m a i s susceptibles d'être portées accidentellement à la tension d u réseau est nécessaire, m ê m e en basse tension, bien
zoo
30
B
Fis. 6
q u elle n e soit pas rendue obligatoire par les règlements a d m i - nistratifs Elle s'impose d a n s tous les locaux o ù le sol est conduc- teur
11 importe, ici, d'ouvrir u n e parenthèse et de signaler le très grave dangei qu'offrent les perceuses à m a i n . Alimentées trop souvent p a r des câbles en m a u v a i s état, p o u v a n t piésenter des défauts, elles sont susceptibles d e se mettre à la masse. L'ouvrier qui s'en sert les tenant à pleines m a i n s , réalise u n très b o n con- tact et nous a v o n s v u plus h a u t q u e dans ces conditions, la tension dangereuse est e x t r ê m e m e n t faible. L e danger d'élec- trocution est d o n c très grand. P o u r y parer, il est indispensable q u e c h a q u e perceuse ait sa m a s s e mise à la terre par u n conduc- teur spécial.
L a résistance d e la prise d e terre n e doit pas dépasser, dans c h a q u e cas particulier, u n e certaine valeur si l'on veut q u e son efficacité, soit certaine
Supposons, par exemple, u n réseau triphasé bien isolé. L a mise sous tension d'une ferrure par contact avec u n e phase n e donnera lieu à a u c u n accident d'exploitation m a i s la tension contre terre m o n t e r a à U j / o sur les d e u x autres phases où les dangers de contact seront accrus. Si le réseau est m a l isolé et a déjà u n défaut franc sur u n e autre phase, il y a court-circuit limité seulement par la résistance d e la prise d e terre.
E n supposant u n réseau à 2 0 0 volts, le courant d e court-cir- cuit sera d e 1 0 a m p è r e s seulement si la résistance d e la prise d e terre est de 2 0 o h m s . L a surintensité d e 1 0 a m p è r e s qui en résul- tera n'aura pas toujours p o u r conséquence le fonctionnement des appareils de sécurité et la tension dangereuse risque d e se m a i n - tenir sur la ferrure à la valeur I R = 10 X 2 0 == 2 0 0 volts, par rapport à la terre. L e danger subsiste.
C e cas se présente f i é q u e m m e n t avec d e gros moteurs. Soit par exemple, u n m o t e u r d e 100 c h e v a u x à 2 0 0 volts, dont le cof- fret est à la m a s s e M ê m e si la prise d e ferre d e ce coffret n'a que 1 0 o h m s d e résistance, il est d o u t e u x q u e le courant d e 2 0 am- pères qu'elle laissera passer en plus d u courant n o r m a l soit suffisant pour assurer le fonctionnement des fusibles o u d u dis joncteur. L a personne touchant alors le coffret d e protection pourra fort bien se faire électrocuter, la tension se maintenant à 2 0 0 volts II est donc nécessaire d'avoir u n e jirise d e ferre d'autant m i e u x établie q u e la puissance d u m o t e u r est plus élevée, toutes choses égales d'ailleurs. E n cas d e fonctionnement intem- pestif des disjoncteurs o u fusibles, il faut d'autre part se méfier et n e toucher qu'après s'être isolé. Enfin, il v a u t m i e u x , si l'on n^est pas certain d e pouvoir réaliser u n e prise d e terre satisfai- sante, prévoir pour la personne chargée d e m a n œ u v r e r des inter- rupteurs o u coffrets, u n e isolation quelconque (tabouret, tapis, gants, etc.), la mise à la terre n e constituant qu'un supplément d e sécurité.
N o t o n s ici qu'à ce point d e v u e les tensions élevées sont préfé- rables, car elles ont, pour conséquence, d e faire passer dans la prise d e terre u n courant d e court-circuit plus fort alors qu'elles diminuent le courant n o r m a l traversant les appareils. Notons également l'intérêt qu'il y a à m u n i r les trois phases, d a n s tous les disjoncteurs, d'un relai à m a x i m u m d'intensité, si l'on veut d a n s tous les cas être protégé contre les mises à la terre.
S'il n'y a pas d'autre défaut sur le réseau, la prise d e terre joue u n rôle efficace, m ê m e q u a n d sa résistance est élevée, à condition toutefois q u e le courant d e capacité soit as..ez faible, Si ce dernier atteint 5 a m p è r e s et q u e l'on se fixe 5 0 volts c o m m e tension dangereuse, la valeur d e la résistance est déjà trop forte à 1 0 o h m s . C e cas n e se présente h e u r e u s e m e n t jamais dans les réseaux à basse tension. Il intéresse surtout les réseaux à très haute tension a y a n t u n e certaine étendue p o u r lesquels la mise à la terre des ferrures et des pylônes e n particulier doit être réalisée avec b e a u c o u p d e soin, la résistance limite d e la prise d e terre variant e n raison inverse d u courant d e capacité.
E n r é s u m e , le danger d u contact avec u n e pièce sous tension n e d é p e n d pas seulement d e la valeur d e cette tension, mais d'une foule d'autres circonstances très vanables, suivant les cas, et qui font qu'un contact à 1.000 volts pourra n'avoir aucune suite fâcheuse alors que, peut-être, u n autre à 1 0 0 volts sera mortel, si les circonstances sont favorables. Ce, qu'il faut retenir toutefois, c'est qu'il y a u n e tension p o u r laquelle, e n a u c u n cas, le courant traversant le corps n e saurait être dangereux. Cette tension est d e l'ordre d e 3 0 volts. Il y aura d o n c intérêt, dans n o m b r e d e cas, et en particulier lorsque les autres conditions de sécurité n e pourront être obtenues, à l'adopter.
L'établissement d e prises d e terre judicieuses et surtout le b o n entretien des lignes, assurant u n b o n isolement, sont à un autre point d e v u e les principaux facteurs d e sécurité. Q u a n t à la mise à la terre directe d u point neutre d a n s les transformateurs triphasés, elle est, à notre avis, à rejeter car, d a n s la grande majorité des cas, elle a u g m e n t e les dangers d e contact.
D E S C H A V A N N E S .