Les mesures de protection contre les chocs électriques sont basées sur deux dangers bien connus :
- le contact avec un conducteur actif, qui est sous tension par rapport à la terre dans des circonstances normales. Ceci est considéré comme un risque de "contact direct" (voir Fig. B11),
- le contact avec une partie conductrice d'un appareil qui est normalement hors tension et mis à la terre, mais qui est mise sous tension en raison d'une défaillance de l'isolation interne. Ceci est considéré comme un risque de "contact indirect" (voir Fig. B12).
Le contact de la main avec la pièce sous tension va provoquer la circulation d'un courant de la main vers les pieds de la personne exposée. La valeur du courant traversant le corps humain dépend de plusieurs facteurs :
- le niveau de tension de contact générée par le courant de défaut injecté dans la prise de terre (voir Fig. B12),
- la résistance du corps humain,
- la valeur des résistances supplémentaires comme celle des chaussures.
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Sur la Figure B13, la courbe verte montre la variation du potentiel de terre à la surface du sol: celui-ci est maximal au point où le courant de défaut pénètre dans le sol, et diminue avec la distance. Par conséquent, la valeur de la tension de contact Ut est généralement inférieure au potentiel de terre le plus élevé Ue.
Sur la partie gauche, on montre la variation du potentiel de terre sans électrodes de réduction de potentiel. Sur la partie droite, on voit comment de telles électrodes en cuivre nu enfouies (S1, S2, Sn, etc.) contribuent à la réduction des tensions de contact (Ut, Us).
Un troisième type de risque de choc électrique est également illustré sur la Figure B13, le risque "de tension de pas" (Us) : le courant de choc entre par un pied et ressort par l'autre. Ce risque existe à proximité des électrodes de terre MT et BT par où circulent des courants de terre. Il est dû à des gradients de potentiel à la surface du sol. Des animaux ayant une longueur relativement importante entre les pattes avant et arrière sont particulièrement sensibles aux dangers de la tension de pas.
Il apparaît clairement que plus le gradient de potentiel sans contrôle est élevé (Ue), plus les niveaux de tension de contact (Ut) et de tension de pas (Us) sont élevés. Toute présence de conducteurs de liaison entre les différentes parties métalliques de béton armé contribue de manière significative à la réduction des tensions de contact (de toucher et de pas). En outre, une boucle équipotentielle du cuivre nu enterré entourant l'installation MT contribue à une zone équipotentielle plus large.
Ut : tension de contact,
Us : tension de pas
E : Electrode de terre
S1, S2, S3 : Electrodes d'atténuation de potentiel (ex: électrodes de terre en anneau) raccordées à l'électrode de terre.
Ce principe est largement utilisé dans toutes les installations électriques BT et MT.
Protection contre le contact direct ou protection de base
II existe quatre grands principes de protection contre les risques de contact direct :
- en intégrant toutes les parties actives dans des boîtiers en matériau isolant ou métalliques reliés à la terre. Pour l'appareillage MT, la norme CEI 62271-200 (Appareillage sous enveloppe métallique pour courant alternatif de tensions assignées supérieures à 1 kV et inférieures ou égales à 52 kV) spécifie un indice de protection minimum IP2X qui assure la protection contre le contact direct. En outre, les armoires métalliques doivent assurer une continuité électrique entre toutes les pièces métalliques intérieures et extérieures,
- en plaçant les parties actives hors de portée. Ce principe est utilisé dans les postes à isolement dans l'air. (voir Fig. B14),
- par l'installation de barrières, également utilisées dans les postes à isolement dans l'air (voir Fig. B15),
- par isolation. Les meilleurs exemples de la protection par isolation sont les câbles électriques BT et MT.
En France la norme NF C 13-100 § 412 impose la protection contre les contacts directs par la mise hors de portée des personnes des parties sous tension, par éloignement ou au moyen d’obstacles.
La mise hors de portée par éloignement ne peut être utilisée que dans les postes de type ouvert (c’est-à-dire permettant de voir le matériel de l’extérieur) pour lesquels toutes les parties sous tension non incluses dans une cellule doivent être à une hauteur minimale de 2,60 m au dessus du sol ou plancher.
Pour les postes d’intérieurs équipés d’appareillage sous enveloppe métallique (cellules HTA) les enveloppes et les cloisons entre compartiments doivent présenter les degrés de protection IP 30 et IK 07. Les câbles doivent être isolés, les bornes BT du transformateur et les plages amont du disjoncteur doivent être capotées.
Protection contre le contact indirect ou protection de défaut
Comme décrit ci-dessus, une personne touchant le boîtier métallique ou le châssis d'un appareil électrique affecté par un défaut d'isolement interne est soumise à un contact indirect.
Des études approfondies ont montré qu'un courant inférieur à 30 mA traversant le corps humain peut être considéré comme non dangereux. Il correspond à une tension de contact d'environ 50 V.
Cela signifie que le fonctionnement des installations peut se poursuivre en présence d'un défaut phase-terre si les tensions de contact peuvent être maintenues en dessous de 50 V. Dans tous les autres cas où les tensions de contact présumées sont supérieures à 50 V, l'interruption de l'alimentation est obligatoire. Plus les tensions de contact présumées sont élevées, plus le temps d'interruption doit être court. Les durées maximales d'interruption admissibles, en fonction des tensions de contact présumées, sont spécifiés par les normes CEI 60364 et 61936 pour les systèmes BT et HT respectivement.
Cas d'un défaut sur un réseau BT
Seul le système à neutre isolé (IT) permet de maintenir les tensions de contact en dessous de 50 V et ne nécessite pas l'interruption de l'alimentation en présence de défauts entre phase et terre. Les deux autres systèmes de liaison à la terre (TT et TN) ont toujours des tensions de contact présumées supérieures à 50 V. Dans ces cas, l'interruption de l'alimentation est obligatoire. Elle doit être assurée dans le délai spécifié par la CEI 60364 par un disjoncteur ou des fusibles protégeant les circuits électriques. Pour plus d'informations concernant les contacts indirects dans les réseaux BT, voir Protection contre les chocs et incendies électriques.
Risque de contact indirect dans le cas d'un défaut sur un réseau MT
Dans les réseaux MT, les tensions de contact présumées peuvent atteindre des valeurs nécessitant l'interruption de l'alimentation dans des délais beaucoup plus courts que le temps le plus rapide d'ouverture de disjoncteurs. Le principe de protection utilisé pour les systèmes BT ne peut être appliqué en tant que tel pour les systèmes MT.
Une solution possible pour la protection des personnes consiste à créer des systèmes équipotentiels par des conducteurs de liaison reliant toutes les parties métalliques de l'installation: boîtiers d'appareillage, carcasses de machines électriques, structures en acier, tuyaux métalliques au sol, etc. Cette disposition permet de maintenir les tensions de contact en dessous de la limite dangereuse.
Une approche plus sophistiquée concernant la protection des personnes contre les contacts indirects dans les installations MT et HT est développée dans les normes CEI 61936 et EN 50522. La méthode développée dans ces normes autorise des limites de tension de contact plus élevés, justifiées par des valeurs plus élevées de la résistance du corps humain et la prise en compte de résistances supplémentaires telles que celles des chaussures et de couche de pierre concassée.
En France, conformément à la norme NF C 13-100 § 413.2 la tension de contact à ne pas dépasser en cas de défaut d’isolement est de 50 V (valeur efficace) en tout point de l’installation du poste. A cette fin, des liaisons équipotentielles doivent relier toutes les masses et tous les éléments conducteurs simultanément accessibles. Ces liaisons doivent être telles que la résistance R entre deux éléments quelconques simultanément accessibles ne soit pas supérieure à :
R ≤ 50 / IE
IE étant le courant maximal de défaut à la terre de l’installation.
