le risque électrocution COURBES de SECURITE

1LILIEN Jean-Louis (BE), lilien@montefiore.ulg.ac.be

Cours effets indirects des champs à 50 Hz/60 Hz

• effets du courant alternatif 15-100 Hz sur les adultes • (CEI 479-1)• Zone 1 : habituellement aucune réaction (moins de environ 0.5

mA)• Zone 2 : aucun effet physiopathologique dangereux (moins de

environ 6 mA)• Zone 3 : habituellement aucun dommage organique, possibilité

de contraction musculaire et difficulté de respiration, réversible (moins de environ 30 mA)

• Zone 4 : fibrillation ventriculaire probable (5% courbe C2, jusqu'à 50% (courbe C3) et au delà de 50% après C3. possibilité d’arrêt cardiaque, arrêt de la respiration, etc…(plus de 60 mA pendant plus de 200 ms ou plus de 400 mA en dessous de 200 ms)

Courbe de sécurité

Tensions limites

• Ces différentes considérations ont permis d’établir les tensions limites conventionnelles absolues UL et la tension limite conventionnelle relative UL(t) en fonction de l’état du corps humain (RGIE art. 31).

• La tension limite conventionnelle absolue UL est la valeur limite de la tension qui est considérée comme inoffensive, même lors d’un contact prolongé.

Etat du corps humain Tension limite conventionnelle absolue UL (V)

Courant alternatif Courant continu non lisse

Courant continu lisse

BB1 Peau sèche ou humide par sueur 50 75 120 BB2 Peau mouillée 25 36 60 BB3 Peau immergée dans l’eau 12 18 30

La perception du passage du courant dans le corps (mesures selon Leitgeb)

30 A 3 mA

0.5 mA

Comparaison avec une loi normale

Tension de toucher

La tension de toucher et le courant de contact

Courant de contact

Résistance du corps humainLa résistance globale au passage du courant varie selon :

• - l'humidité au point de contact• - isolation électrique : représentée par vêtements, chaussures,

sols à moquette qui isole.• - la résistance du corps: le corps humain se comporte comme

un noyau conducteur (nerfs, vaisseaux, muscles), enveloppé d'une écorce isolante, la peau. La peau n'est isolante que si elle est sèche. Au-delà de 1000 volts il y a rupture électrique de la peau et donc baisse de la protection.

• La résistance du corps humain (ohm) est donnée par :

• où k = 87500, U en Volts et R en Ohm ()

kR 650

Résistance du corps humain

• elle décroît rapidement avec la tension appliquée, c’est la raison pour laquelle on tend à limiter cette valeur.

• Par exemple :• à 25 Volts, 4150 soit environ 6 mA ; • à 250 Volts, 1000 soit 250 mA• Donc danger de l'électrocution en salle de

bain où le sujet est en situation de résistance minimale.( sujet nu et mouillé)

Le risque résidentiel

Exemple dans une salle de bain

• bati = lessiveuse mise à a terre, puissance 3.5 kW, branché mono 230 V

• R1 = 15 ohms, R(terre) = 10 ohms, Rf(isolement) = 100000 ohms (fuite), R(homme) =1000 ohms(grosso modo en parallèle sur R(terre)

• I nominal = 15 A; I fuite (terre) = 2.3 mA• Voc = 23 mV; I contact = 23 microamp.

Prise de terre résidentielleordre de grandeur : 10-30 Ohms (terrain gras)

Réseau de terre

• Piquet vertical de diamètre d et enfoncé à une profondeur L dans un sol de résistivité ( .m) :

• Plaque circulaire enterrée mais proche du sol (diamètre D)

• (par exemple, un pied sur le sol peut être assimilé à une telle plaque de diamètre de 0.08 m et donc présente une résistance de 3 )

R = /(4D)

La protection résidentielle

– contre une surintensité trop longue : fusible (coupe-circuit)/disjoncteur

– contre un court-circuit : fusible/disjoncteur

– contre un défaut d’isolement : (disjoncteur) différentiel (30 mA pour salle eau)

La question d’aujourd’hui

• Au-delà de la sécurité contre l’électrocution, y-a-t-il un danger plus insidieux ?

L’être humain plongé dans un champ E (ELF)

• Déforme le champ électrique E créé par une source externe (qq kV/m).

• Ce faisant, il est parcouru par un courant de même fréquence (50 Hz), orienté dans le sens du champ E

• Le champ E est quasi-nul à l’intérieur du corps, de l’ordre du mV/m

E=10kV/m

E=1mV/m

Protection contre le champ électrique 50 Hz

• La protection contre un champ E externe : placer l’ »objet » à protéger dans une « cage de Faraday » (cage conductrice entourant l’ »objet »,

• Ex : un câble souterrain n’émet pas de E au dessus du sol. A l’intérieur d’un véhicule, d’un hangard métallique, on est protégé des champs E (ELF) externes

Allure du champ électrique sous une ligne

Mesure du champ électrique (uniforme et dans une direction donnée)

10 Hz-3 kHz

10 à 13000 V/m

Précision 5%

Échantillonage 15 kHz

Valeur efficace

Une seule composante à la fois

Champ E uniforme

L’être humain plongé dans un champ B(ELF)

• L’homme ne déforme pas(peu) le champ magnétique B créé par une source externe

• Est parcouru par un courant formant des boucles (à la même fréquence que B).

Allure du champ magnétique sous une ligne

Mesure du champ d’induction magnétique (3-D)

10 Hz-3 kHz

0,05 à 1500 T

Précision 2%

Échantillonage 15 kHz

3 composantes (X,Y,Z)

polarisation

valeurs efficaces

harmoniques

Les limites de la littérature

• L’IRPA/INIRC choisit comme seuil la densité de courant induit de 10 mA/m2.

• NIEHS (1998) :« convincing evidence for causing effects available for internal electric field strengths greater than approximately

1 mV/m (50/60 Hz) » (= densité de courant de 0.1 mA/m2)

Internal E field limits (following ICNIRP)

NIEHS writes :

• « Biological effects relevant to cancer have been reported in numerous well programmed studies. Effects cites are increased cell proliferation, disruption of signal transduction patways and inhibition of differenciation. »

• Conclusion retenue dans le rapport final EMF RAPID (1999).

Champ électrique dans la moëlle induite par un courant de contact ou un champ externe

• Champ électrique (mV/m) dans la moëlle épinière d’un enfant (5 ans) parcouru par un courant de 10 micro-ampères (60 Hz) :

• Entrée du courant /valeur du champ E(mV/m)• Lower arm 51 • Lower leg 12• Whole body 5

Alors que un champ B externe de 1 microtesla donnerait une valeur < 0.01 mV/m

Mesuré à Liège (appartement récent)

• Tension mesurée entre prise de terre et robinet (multimètre Fluke, 10 M) : 14,7 V (RMS 50 Hz)

• La mesure avec résistance de charge (1 k à 100 k) permet de trouver : RT= 52 M

• Tension à vide réelle : 91 V• Courant de contact (1 k) : 1,8 A (50 fois

plus que celui induit par un champ B externe de 1 microtesla, selon Kavet)

Protection contrele champ magnétique à 50 Hz

• Très difficile, uniquement possible si on considère une liaison complète (somme des courants nulle). D’abord « compacter », « torsader » si possible.

• Atténuation par blindage cuivre ou aluminium (les courants induits s’opposent au champ initial)

• Atténuation par blindage ferromagnétique

Blindage

Blindage aluminium sur liaison triphasée(1300 A, 150 kV)

Conclusions

• Nous vivons dans une « soupe » électromagnétique (couvrant un spectre depuis le continu jusqu’à des MHz)

• L’électricité de puissance (50 Hz) est dans le bas de la gamme des fréquences(ELF)

• Les champs alternatifs induisent des courants dans toute structure conductrice (dont le corps humain)

• Vous êtes parcourus par du courant à toute fréquence dans votre vie quotidienne, notamment quand vous touchez une structure métallique mais pas seulement.

Conclusions (suite)

• Le courant induit augmente avec la fréquence et la valeur des champs

• Notre corps génère ses propres champs endogènes et réagit aux « agressions »

• En plus de l’électrocution, ne faut-il pas considérer d’autres risques à des niveaux de courant beaucoup plus faible (imperceptible) ?

• Soignons d’abord nos installations électriques!• Plus d’info sur www.bbemg.ulg.ac.be

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