Fiche de cours n°1 Distribution et sécurité électrique

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Sciences de l’Ingénieur
Fiche de cours n°1
Distribution et
sécurité électrique
professeur : G. Maléjacq
1.Production et consommation
Rappel des grandeurs électriques élémentaires :
Puissance exprimée en Watt : P = U. I (valable pour des grandeurs électriques continues)
Energie en Joule ou en Watt-heure (suivant l’unité de t) : W = P. t
1 Watt-heure=3600 Joules
1 calorie = 4,18 joules
Quelques chiffres
La consommation électrique moyenne d'une famille varie de 1600 kWh à 2800 kWh par an.
Puissance maximale produite
- Une éolienne : 1 à 3 MW
- Usine marémotrice de la Rance : 240 MW
26 turbines de 700 MW au Barrage des Trois-Gorges en Chine
- Un réacteur nucléaire : 900 MW à 1,4 GW
Coût du kWh produit :
1 kWh éolien : en moyenne 0,05 €
1 kWh nucléaire : 0,025 €
1 kWh thermique : 0,035 €
En 2007 la production française était de 550 TWh. Vendu à 5 centimes en moyenne le kW/h,
cela représente un chiffre d'affaire de 27,5 milliards d’Euros.
Pour information : La consommation d'énergie annuelle par personne est de 4,2 tonnes
équivalent pétrole (1 tonne équivalent pétrole = 11 600 kWh = 41,8 GJ=10 GC)
Sources d'énergie
Origine thermique Classique (charbon 3%, gaz 3%, pétrole 2%), nucléaire (85%).
Origine hydraulique 5 %. Mise en service rapide aux heures de pointe (possibilité de remplir
le réservoir en heures creuses en utilisant des turbines pompes).
Origine éolienne, Origine solaire (photovoltaïque)
2.Transport et distribution :
Consulter le site http://www.rte-france.com/
L'énergie électrique ne se stocke pas, il faut donc à chaque instant la produire, la transporter et la
distribuer.
2.1 Transport :
Le courant alternatif sinusoïdal de fréquence 50Hz se prête aisément à la transformation des
tensions : élévation au départ de la ligne, abaissement à l’arrivée. Il existe cependant une liaison
France Angleterre en courant continu dont la puissance maximale est de 2000 MW sous 270kV.
Le transport se fait en triphasé (sur 3 fils) car il faut 2 fois moins de cuivre qu'en
monophasé pour une même puissance délivrée.
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2.2 Distribution :
- Le réseau de transport à 400kV permet d'effectuer de grandes distances
entre les lieux de production et ceux de consommation.
- Le réseau de répartition à 90kV est régional et permet de rejoindre les grandes villes.
- Le réseau de distribution à 20kV permet de relier les postes de
transformations, à la périphérie des villes, aux quartiers, entreprises,
villages.
- Le réseau 230/400V permet la distribution domestique.
3) Les effets physiologiques du courant électrique.
Le courant agit alors sur le corps de trois façons différentes :
• par blocage des muscles, que ce soient ceux des membres ou de la cage
thoracique (tétanisation),
• par brûlures : l’électricité produit par ses effets thermiques des lésions tissulaires
plus ou moins graves selon la valeur du courant,
• par action sur le coeur : l’électricité provoque une désorganisation complète du
fonctionnement du coeur, d’où fibrillation ventriculaire.
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Paramètres à prendre en compte pour l’évaluation des risques.
Quatre paramètres interdépendants influent sur le niveau des risques :
- Ic : courant qui circule dans le corps humain,
- Uc : tension appliquée au corps,
- R : résistance du corps,
- t : temps de passage du courant dans le corps.
La tension Uc appliquée au corps humain peut être due :
• à deux contacts avec des parties actives, parties
normalement sous tension, portées à des potentiels
différents.
• à un contact avec la terre et une partie active.
• à un contact avec la terre et une masse métallique mise accidentellement sous tension.
Relation entre le temps de passage du courant de choc dans le corps humain et son intensité
Zone 1 : Le courant de choc est inférieur au
seuil de perception (Ic < 0,5 mA). Il n’y a
pas de perception du passage du courant
dans le corps : aucun risque.
Zone 2 : Le courant est perçu sans réaction
de la personne : habituellement, aucun effet
physiologique dangereux.
Zone 3 : Le courant provoque une réaction :
la personne ne peut plus lâcher l’appareil en
défaut. Le courant doit être coupé par un
tiers afin de mettre la personne hors de
danger : habituellement sans dommage organique, mais probabilité de contractions musculaires
et de difficultés respiratoires.
Zone 4 : En plus des effets de la zone 3, la fibrillation ventriculaire augmente le risque d'arrêt du
coeur, arrêt de la respiration, brûlures graves MORT
4) Les protections contre les risques du courant électrique
La majorité des incidents qui se produisent dans un équipement de force motrice sont dus à :
une surcharge, un court-circuit, un défaut d'isolement. Ces incidents se traduisent par une
surintensité nuisible qu'il est nécessaire de détecter puis d'éliminer plus ou moins rapidement
avant que les dommages soient irréversibles.
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4.1 Protection contre les surcharges de faibles valeurs.
Ces surintensités ne sont dangereuses pour un système (contraintes thermiques détériorant les
isolants) que si elles se maintiennent longtemps. Les dispositifs de protection utilisés ont une
action différée qui peut être choisie pour réagir de 1 seconde à plusieurs minutes.
Le relais thermique
Le déclenchement est crée par la déformation de deux lames de matériaux différents soudées
ensembles.
Symbole et principe du relais thermique
L1
L2
L3
1
3
5
2
4
6
Bilame : Cette pièce se déforme
lorsqu’elle chauffe (réaction
thermique dû à l’effet joule)
F
Le fusible
Le type aM (accompagnement moteur) ou gG (fusible standard) présente également un effet
différé.
F
4.2 Protection contre les surintensités importantes.
Les surintensités importantes provoquées par des courts-circuits sont dangereuses pour les
appareils mais aussi pour les lignes d’alimentations. Elles doivent être éliminées dès leur
apparition. Les dispositifs de protection utilisés sont à action instantanée.
Le disjoncteur magnétique
Le disjoncteur magnétique fonctionne un peu comme un contacteur (relais), le courant du circuit
à protéger traverse le bobinage d’un électroaimant. Dès que l’intensité devient supérieure au
calibre du disjoncteur, le champ magnétique créé attire un contact mobile et ouvre le circuit.:
Ph
Le fusible
Choisi à action rapide (F) il réalise aussi cette protection.
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4.3 Le Disjoncteur magnéto-thermique.
Il combine les deux dispositifs précédents, effet thermique et magnétique.
4.4 Protection contre les « fuites » de courant.
La protection différentielle
Elle est la plus appropriée pour protéger les personnes contre une électrocution.
En termes simples, tout le courant qui le traverse dans un sens doit après avoir traversé le
récepteur, retraverser le différentiel. Dans le cas ou ces courants sont égaux, il ne se passe rien.
Dans le cas ou il se produit une fuite vers la terre, le courant de retour est inférieur à celui de
départ. Si la différence de courant est égale ou supérieure à la sensibilité indiquée sur le
différentiel, alors celui-ci déclenche l’organe de coupure.
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5) Exemple de distribution électrique domestique
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