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Troisième: Le réseau électrique (chapitre Elec-5)
Chapitre Elec-5 : Le réseau électrique
Les appareils électriques que nous employons sont alimentés par la tension du secteur lorsqu’on les branche à la prise.
Electricité De France (EDF) produit et achemine l’électricité jusque dans les maisons, comment fait-elle ?
I- LA PRODUCTION DU COURANT ELECTRIQUE
1. Expériences en classe
Aimant droit
Bobine
Bobine
Vers l’oscilloscope
Mouvement
de l’aimant
Aimant droit
Mouvement
Vers l’oscilloscope de l’aimant
Le déplacement d’un aimant au voisinage d’une bobine Un aimant tournant au voisinage d’une bobine produit une
produit une tension aux bornes de la bobine.
tension alternative aux bornes de cette bobine.
2. Production d’une tension alternative périodique, l’alternateur
Un aimant tournant à vitesse constante devant la face d’une bobine produit une tension alternative périodique : ce dispositif est
un générateur de tension alternative périodique, il est appelé un alternateur.
Dans les centrales de Electricité De France (EDF), les alternateurs fournissent une tension alternative périodique sinusoïdale
d’une fréquence de 50Hz.
En pratique, l’aimant (rotor) est remplacé par un électroaimant de manière à voir un
champ magnétique plus intense.
Il est mis en mouvement grâce à la rotation d’une turbine.
II- LE TRANSPORT DU COURANT ELECTRIQUE
1. Expériences de simulation du transport
Matériel : lampe (6V, Imax=0,3A) avec support, rhéostat (Rmax=1k, Imax=0,6A), alimentation stabilisée EL4 (6V~, Imax=1,5A), fils électriques, deux
multimètres.
G
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V
La valeur de la résistance du rhéostat est placée à la moitié de la valeur maximale, la lampe
est allumée : la tension aux bornes de la lampe est U L = _____V, et l’intensité du courant
qui la traverse est IL = ______mA.
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Troisième: Le réseau électrique (chapitre Elec-5)
Matériel : lampe (6V, Imax=0,3A) avec support, rhéostat (Rmax=1k, Imax=0,6A), alimentation stabilisée EL4 (6V~, Imax=1,5A), fils électriques, transformateurs
élévateur (6V48V) et abaisseur (48V6V).
G
Sans changer la valeur de la résistance du rhéostat, on remarque que cette fois-ci, la lampe brille davantage : la tension aux
bornes de la lampe est UL = _____V, et l’intensité du courant qui la traverse est I L = ______mA.
Pour diminuer les pertes sur les lignes EDF, on peut soit diminuer la résistance, soit augmenter la tension. Si on diminue la
résistance, il faut que les utilisateurs soient proches de la centrale, par conséquent, la seule solution imaginable et réalisée par
EDF est d’augmenter la tension.
Pour modifier la valeur de la tension, EDF utilise des transformateurs.
2. Le transformateur
Un transformateur est constitué de deux bobines (fils de cuivre) couplées par un noyau de fer
doux feuilleté, laminé. Il n’existe aucune connexion électrique entre les deux bobines.
Le circuit d’alimentation est le primaire (il comporte N1 spires), le circuit d’utilisation est le
secondaire (il comporte N2 spires).
Le symbole normalisé du transformateur est :
Le rapport de transformation m est défini par le rapport du nombre de spires du secondaire au nombre de spires du primaire :
m = N2 / N1 = U2/U1 = I1/I2
Si le circuit primaire comporte moins de spires que le circuit secondaire alors le transformateur est un transformateur élévateur
de tension (m  1, U2  U1), sinon c’est un transformateur abaisseur de tension (m  1, U2  U1).
Les transformateurs sont utilisés pour véhiculer un courant électrique alternatif périodique en abaissant ou en élevant la
tension, sans changer la fréquence.
Un transformateur ne joue son rôle que si on l’alimente avec une tension alternative, si on l’utilise avec une tension continue,
la tension de sortie est nulle.
III- LE COURANT ELECTRIQUE DANS LA MAISON LA PRISE ELECTRIQUE
La prise électrique murale comporte trois bornes :
* deux bornes femelles (2 et 3) : le neutre et la phase
* une borne mâle (1) : la terre.
Prise murale
A l’aide d’un tournevis testeur (ampoule néon en série avec une très grande résistance), on peut repérer la borne correspondant
à la phase (borne par laquelle arrive le courant électrique). Lorsque la lampe néon s’allume, nous avons trouvé la borne
correspondant à la phase.
Lorsque la lampe néon s’allume, le courant électrique passe dans le tournevis puis dans l’Homme qui est relié à la terre par le
sol. Ce courant électrique est très faible, il est sans danger pour l’Homme.
Le tournevis testeur est utilisé par les électriciens pour reconnaître les différentes bornes de la prise.
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Quelles sont les valeurs de tensions entre ces trois bornes de la prise ?
Mesure des tensions entre les bornes grâce au logiciel Domodidac :
Uphase-neutre= 220V
Uphase-terre = 220V
Uterre-neutre= 0V
de la tension du secteur : Umax = Ueff  2
Connaissant les valeurs efficaces, nous pouvons en déduire la valeur maximale
soit Umax = 310V
IV- L’INSTALLATION ELECTRIQUE DOMESTIQUE
1. Comment sont constitués les circuits électriques de la maison ?
A la maison, les appareils électriques (récepteurs) sont tous branchés en
dérivation.
L’intensité dans le circuit principal d’un montage en dérivation augmente avec
le nombre d’appareils en dérivation.
2. Les dangers de l’électricité, et comment s’en protéger
a) Les dangers pour les personnes
Le terme d’électrisation désigne toutes les manifestations physiologiques dues à un
passage de courant au travers du corps humain.
Cette dénomination englobe donc tous les accidents provoqués par un contact
électrique avec le fil de phase.
Le terme d’électrocution ne s’emploie que pour les électrisations suivies à plus ou
moins long terme de décès.
Les conséquences du choc électrique dépendent :
* de la fréquence du courant (le courant alternatif expose à la fibrillation ventriculaire au niveau
du cœur pour des intensités quatre fois plus faibles que le courant continu)
* de la durée du passage
* de l’intensité qui dépend de la tension du courant et des résistances (l’eau abaisse la résistance
du corps, l’intensité est alors élevée)
Dans le cas d’une alimentation de 220V, une valeur moyenne de 2,5k qui correspond à des
conditions médiocres d’isolement.
Par ailleurs, pour que le seuil dangereux de quantité d’électricité ne soit pas atteint, la durée du passage du courant dans le
corps humain doit être d’autant plus brève que l’intensité est plus forte. L’intensité maximale admissible, sans danger
d’électrocution, est de 10mA, pour une durée pouvant dépasser 30s. On remarque que cela correspond à une tension appliquée
de 25V (U = 2,5k10mA).
C’est pourquoi la valeur normalisée de sécurité de la tension est de 24V.
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b) La protection des installations
L’intensité maximale que peut supporter un conducteur dépend de sa section (plus la section est
importante, plus l’intensité maximale est importante). Si l’intensité maximale est dépassée, alors le
conducteur fond.
Cette propriété est mise à profit pour protéger les appareils électriques : on utilise des conducteurs qui vont fondre et couper le
circuit électrique avant que les appareils ne soient détériorer.
Le coupe-circuit ou fusible fond et coupe le circuit lorsque l’intensité qui le
traverse est supérieure à l’intensité maximale qu’il supporte, cette intensité
correspond à son calibre.
Les fusibles sont installés sur les fils de phase au départ des lignes.
Le coupe-circuit ou fusible protège les installations surintensités contre les effets des
courts-circuits (surintensités)
c) La protection des personnes
La mise à la terre ou prise de terre consiste à connecter les carcasses
métalliques des appareils à la terre, par l’intermédiaire d’un câble dont
l’extrémité est soudée à une grille enfouie dans le sol.
En cas de contact accidentel entre le fil de phase et la carcasse, la prise de terre
évacue vers le sol une partie du courant.
Le disjoncteur différentiel permet de détecter une différence d’intensité entre
le fil de phase et le fil de neutre.
Lorsqu’une fuite accidentelle de courant apparaît, il existe une différence de
courant entre le fil de phase et le fil de neutre, alors le disjoncteur différentiel
coupe le circuit électrique.
Tableau récapitulatif des effets de la présence de la prise de terre et du disjoncteur différentiel sur les dangers d’électrocution
de l’Homme en contact de la carcasse métallique de l’appareil présentant un défaut d’isolement :
Avec disjoncteur
Sans disjoncteur
300mA
30mA
Sans danger
Sans danger
Electrocution
20
(disjoncte)
(disjoncte)
Avec
terre
Sans danger
Sans danger
Electrocution
2000
(disjoncte)
(disjoncte)
Sans terre
Electrocution
Sans danger
(disjoncte)
Electrocution
La prise de terre (et la mise à la terre des carcasses métalliques des appareils) et le disjoncteur différentiel protègent les
personnes contre l’électrocution.
Plus le disjoncteur différentiel est sensible, plus il coupera le circuit pour une intensité de courant de fuite faible, et donc plus
le risque d’électrocution sera diminué.
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