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40. Électricité

Éditeur de chapitre :  Dominique Folliot

 


 

Table des matières 

Figures et tableaux

Électricité—Effets physiologiques
Dominique Folliot

Électricité statique
Claude Menguy

Prévention et normes
Renzo Comini

Tables

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1. Estimations du taux d'électrocution-1988
2. Relations de base en électrostatique-Collection d'équations
3. Affinités électroniques de polymères sélectionnés
4. Limites inférieures d'inflammabilité typiques
5. Redevance spécifique associée à certaines opérations industrielles
6. Exemples d'équipements sensibles aux décharges électrostatiques

Figures

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Lundi, Février 28 2011 19: 19

Électricité-effets physiologiques

L'étude des risques, de l'électrophysiologie et de la prévention des accidents électriques nécessite la compréhension de plusieurs notions techniques et médicales.

Les définitions suivantes des termes électrobiologiques sont tirées du chapitre 891 du Vocabulaire électrotechnique international (électrobiologie) (Commission électrotechnique internationale) (CEI) (1979).

An choc électrique est l'effet physiopathologique résultant du passage direct ou indirect d'un courant électrique externe à travers le corps. Il comprend les contacts directs et indirects et les courants unipolaires et bipolaires.

Les individus – vivants ou décédés – ayant subi des décharges électriques auraient subi électrification; le terme électrocution doit être réservé aux cas où la mort s'ensuit. La foudre sont des décharges électriques mortelles dues à la foudre (Gourbiere et al. 1994).

Des statistiques internationales sur les accidents électriques ont été compilées par le Bureau international du travail (BIT), l'Union européenne (UE), le Union internationale des producteurs et distributeurs d'énergie électrique (UNIPEDE), l'Association internationale de la sécurité sociale (AISS) et le Comité TC64 de la Commission électrotechnique internationale. L'interprétation de ces statistiques est entravée par les variations dans les techniques de collecte de données, les polices d'assurance et les définitions des accidents mortels d'un pays à l'autre. Néanmoins, les estimations suivantes du taux d'électrocution sont possibles (tableau 1).

Tableau 1. Estimations du taux d'électrocution - 1988

 

Électrocutions
par million d'habitants

Total
décès

États-Unis*

2.9

714

France

2.0

115

Allemagne

1.6

99

Autriche

0.9

11

Japon

0.9

112

Suède

0.6

13

 

* Selon la National Fire Protection Association (Massachusetts, États-Unis), ces statistiques américaines reflètent davantage une collecte de données approfondie et des exigences légales en matière de rapports qu'un environnement plus dangereux. Les statistiques américaines incluent les décès dus à l'exposition aux systèmes de transmission des services publics et aux électrocutions causées par les produits de consommation. En 1988, 290 décès ont été causés par des produits de consommation (1.2 décès par million d'habitants). En 1993, le taux de décès par électrocution toutes causes confondues est tombé à 550 (2.1 décès par million d'habitants) ; 38 % étaient liés à des produits de consommation (0.8 décès par million d'habitants).

 

Le nombre d'électrocutions diminue lentement, à la fois en termes absolus et, plus frappant encore, en fonction de la consommation totale d'électricité. Environ la moitié des accidents électriques sont d'origine professionnelle, l'autre moitié survenant au domicile et lors d'activités de loisirs. En France, le nombre moyen de décès entre 1968 et 1991 était de 151 décès par an, selon le Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM).

Base physique et physiopathologique de l'électrification

Les spécialistes en électricité divisent les contacts électriques en deux groupes : les contacts directs, impliquant un contact avec des composants sous tension, et les contacts indirects, impliquant des contacts mis à la terre. Chacun d'entre eux nécessite des mesures préventives fondamentalement différentes.

D'un point de vue médical, le cheminement du courant dans l'organisme est le déterminant pronostique et thérapeutique clé. Par exemple, le contact bipolaire de la bouche d'un enfant avec une fiche de rallonge provoque des brûlures extrêmement graves à la bouche, mais pas la mort si l'enfant est bien isolé du sol.

Dans les milieux de travail, où les hautes tensions sont courantes, un arc électrique entre un composant actif transportant une haute tension et des travailleurs qui s'en approchent de trop près est également possible. Des situations de travail spécifiques peuvent également affecter les conséquences des accidents électriques : par exemple, les travailleurs peuvent tomber ou agir de manière inappropriée lorsqu'ils sont surpris par un choc électrique par ailleurs relativement inoffensif.

Les accidents électriques peuvent être causés par toute la gamme des tensions présentes sur les lieux de travail. Chaque secteur industriel a son propre ensemble de conditions capables de provoquer des contacts directs, indirects, unipolaires, bipolaires, d'arc ou induits et, finalement, des accidents. S'il est bien entendu hors du propos de cet article de décrire l'ensemble des activités humaines qui impliquent de l'électricité, il est utile de rappeler au lecteur les grands types de travaux électriques suivants, qui ont fait l'objet de recommandations internationales de prévention décrites dans le chapitre sur la prévention:

  1. les activités impliquant des travaux sous tension (l'application de protocoles extrêmement rigoureux a permis de réduire le nombre d'électrifications lors de ce type de travaux)
  2. les activités impliquant des travaux sur des fils non alimentés, et
  3. les activités réalisées à proximité de fils sous tension (ces activités nécessitent le plus d'attention, car elles sont souvent réalisées par du personnel qui n'est pas électricien).

 

Physiopathologie

Toutes les variables de la loi de Joule du courant continu—

W = V x I x t = RI2t

(la chaleur produite par un courant électrique est proportionnelle à la résistance et au carré du courant) - sont étroitement liés. Dans le cas du courant alternatif, l'effet de la fréquence doit également être pris en compte (Folliot 1982).

Les organismes vivants sont des conducteurs électriques. L'électrification se produit lorsqu'il existe une différence de potentiel entre deux points de l'organisme. Il est important de souligner que le danger d'accident électrique ne provient pas d'un simple contact avec un conducteur sous tension, mais plutôt d'un contact simultané avec un conducteur sous tension et un autre corps à un potentiel différent.

Les tissus et organes le long du trajet du courant peuvent subir une excitation motrice fonctionnelle, dans certains cas irréversible, ou peuvent subir des lésions temporaires ou permanentes, généralement à la suite de brûlures. L'étendue de ces lésions est fonction de l'énergie dégagée ou de la quantité d'électricité qui les traverse. Le temps de transit du courant électrique est donc critique pour déterminer le degré de blessure. (Par exemple, les anguilles et les rayons électriques produisent des décharges extrêmement désagréables, capables d'induire une perte de conscience. Cependant, malgré une tension de 600V, un courant d'environ 1A et une résistance sujette d'environ 600 ohms, ces poissons sont incapables d'induire une choc mortel, car la durée de décharge est trop brève, de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes.) Ainsi, à haute tension (>1,000 XNUMX V), la mort est souvent due à l'étendue des brûlures. À des tensions plus basses, la mort est fonction de la quantité d'électricité (Q=je x t), atteignant le cœur, déterminé par le type, l'emplacement et la zone des points de contact.

Les sections suivantes traitent du mécanisme de décès dû aux accidents électriques, des thérapies immédiates les plus efficaces et des facteurs déterminant la gravité de la blessure, à savoir la résistance, l'intensité, la tension, la fréquence et la forme d'onde.

Causes de décès dans les accidents électriques dans l'industrie

Dans de rares cas, l'asphyxie peut être la cause du décès. Cela peut résulter d'un tétanos prolongé du diaphragme, d'une inhibition des centres respiratoires en cas de contact avec la tête, ou de très fortes densités de courant, par exemple à la suite de coups de foudre (Gourbiere et al. 1994). Si les soins peuvent être prodigués dans les trois minutes, la victime peut être réanimée par quelques bouffées de bouche à bouche.

En revanche, le collapsus circulatoire périphérique secondaire à la fibrillation ventriculaire reste la principale cause de décès. Celle-ci se développe invariablement en l'absence de massage cardiaque appliqué simultanément au bouche-à-bouche. Ces interventions, qui devraient être enseignées à tous les électriciens, devraient être maintenues jusqu'à l'arrivée des secours médicaux, ce qui prend presque toujours plus de trois minutes. Un grand nombre d'électropathologistes et d'ingénieurs du monde entier ont étudié les causes de la fibrillation ventriculaire, afin de concevoir de meilleures mesures de protection passives ou actives (International Electrotechnical Commission 1987 ; 1994). La désynchronisation aléatoire du myocarde nécessite un courant électrique soutenu d'une fréquence, d'une intensité et d'un temps de transit spécifiques. Plus important encore, le signal électrique doit arriver au myocarde pendant la soi-disant phase vulnérable du cycle cardiaque, correspondant au début de l'onde T de l'électrocardiogramme.

La Commission électrotechnique internationale (1987 ; 1994) a produit des courbes décrivant l'effet de l'intensité du courant et du temps de transit sur la probabilité (exprimée en pourcentage) de fibrillation et le trajet du courant main-pied chez un homme de 70 kg en bonne santé. Ces outils sont adaptés aux courants industriels dans la gamme de fréquence de 15 à 100 Hz, avec des fréquences plus élevées actuellement à l'étude. Pour des temps de transit inférieurs à 10 ms, l'aire sous la courbe du signal électrique est une approximation raisonnable de l'énergie électrique.

Rôle de divers paramètres électriques

Chacun des paramètres électriques (courant, tension, résistance, temps, fréquence) et la forme d'onde sont des déterminants importants de la blessure, à la fois en eux-mêmes et en vertu de leur interaction.

Des seuils de courant ont été établis pour le courant alternatif, ainsi que pour les autres conditions définies ci-dessus. L'intensité du courant lors de l'électrification est inconnue, car elle est fonction de la résistance des tissus au moment du contact (I = V/R), mais est généralement perceptible à des niveaux d'environ 1 mA. Des courants relativement faibles peuvent provoquer des contractions musculaires qui peuvent empêcher une victime de lâcher un objet sous tension. Le seuil de ce courant est fonction de la condensation, de la surface de contact, de la pression de contact et des variations individuelles. Pratiquement tous les hommes et presque toutes les femmes et les enfants peuvent lâcher prise à des courants allant jusqu'à 6 mA. A 10 mA on a observé que 98.5% des hommes et 60% des femmes et 7.5% des enfants peuvent lâcher prise. Seuls 7.5% des hommes et aucune femme ou enfant ne peuvent lâcher prise à 20mA. Personne ne peut lâcher prise à 30mA et plus.

Des courants d'environ 25 mA peuvent provoquer le tétanos du diaphragme, le muscle respiratoire le plus puissant. Si le contact est maintenu pendant trois minutes, un arrêt cardiaque peut également s'ensuivre.

La fibrillation ventriculaire devient un danger à des niveaux d'environ 45 mA, avec une probabilité chez l'adulte de 5 % après un contact de 5 secondes. Lors d'une chirurgie cardiaque, condition certes particulière, un courant de 20 à 100 × 10-6Un appliqué directement sur le myocarde est suffisant pour induire la fibrillation. Cette sensibilité myocardique est la raison des normes strictes appliquées aux appareils électromédicaux.

Toutes les autres choses (V, R, fréquence) étant égaux, les seuils de courant dépendent également de la forme d'onde, de l'espèce animale, du poids, de la direction du courant dans le cœur, du rapport entre le temps de transit du courant et le cycle cardiaque, du point du cycle cardiaque auquel le courant arrive, et facteurs individuels.

La tension impliquée dans les accidents est généralement connue. En cas de contact direct, la fibrillation ventriculaire et la gravité des brûlures sont directement proportionnelles à la tension, puisque

V = RI et de W = V x I x t

Les brûlures résultant d'un choc électrique à haute tension sont associées à de nombreuses complications, dont seules certaines sont prévisibles. En conséquence, les victimes d'accidents doivent être prises en charge par des spécialistes compétents. Le dégagement de chaleur se produit principalement dans les muscles et les faisceaux neurovasculaires. La fuite de plasma consécutive à une lésion tissulaire provoque un choc, parfois rapide et intense. Pour une surface donnée, les brûlures électrothermiques, c'est-à-dire les brûlures causées par un courant électrique, sont toujours plus graves que les autres types de brûlures. Les brûlures électrothermiques sont à la fois externes et internes et, bien que cela puisse ne pas être apparent au départ, elles peuvent induire des lésions vasculaires avec des effets secondaires graves. Il s'agit notamment de sténoses internes et de thrombi qui, de par la nécrose qu'ils induisent, nécessitent souvent une amputation.

La destruction des tissus est également responsable de la libération de chromoprotéines telles que la myoglobine. Une telle libération est également observée chez les victimes de blessures par écrasement, bien que l'étendue de la libération soit remarquable chez les victimes de brûlures à haute tension. La précipitation de myoglobine dans les tubules rénaux, secondaire à l'acidose provoquée par l'anoxie et l'hyperkaliémie, serait à l'origine de l'anurie. Cette théorie, confirmée expérimentalement mais pas universellement acceptée, est à la base des recommandations pour une thérapie d'alcalinisation immédiate. L'alcalinisation intraveineuse, qui corrige également l'hypovolémie et l'acidose secondaire à la mort cellulaire, est la pratique recommandée.

Dans le cas de contacts indirects, la tension de contact (V) et la limite de tension conventionnelle doivent également être prises en compte.

La tension de contact est la tension à laquelle est soumise une personne en touchant simultanément deux conducteurs entre lesquels existe une différence de tension due à un défaut d'isolation. L'intensité du flux de courant résultant dépend des résistances du corps humain et du circuit externe. Ce courant ne doit pas dépasser les niveaux de sécurité, c'est-à-dire qu'il doit se conformer aux courbes temps-courant de sécurité. La tension de contact la plus élevée pouvant être tolérée indéfiniment sans induire d'effets électropathologiques est appelée la limite de tension conventionnelle ou, plus intuitivement, le tension de sécurité.

La valeur réelle de la résistance lors d'accidents électriques est inconnue. Les variations des résistances en série - par exemple, les vêtements et les chaussures - expliquent une grande partie de la variation observée dans les effets d'accidents électriques ostensiblement similaires, mais exercent peu d'influence sur le résultat des accidents impliquant des contacts bipolaires et des électrifications à haute tension. Dans les cas de courant alternatif, l'effet des phénomènes capacitifs et inductifs doit être ajouté au calcul standard basé sur la tension et le courant (R=V/I).

La résistance du corps humain est la somme de la résistance de la peau (R) aux deux points de contact et la résistance interne du corps (R). La résistance de la peau varie selon les facteurs environnementaux et, comme l'a noté Biegelmeir (Commission électrotechnique internationale 1987; 1994), est en partie fonction de la tension de contact. D'autres facteurs tels que la pression, la zone de contact, l'état de la peau au point de contact et des facteurs individuels influencent également la résistance. Il est donc irréaliste d'essayer de fonder des mesures préventives sur des estimations de la résistance cutanée. La prévention devrait plutôt reposer sur l'adaptation des équipements et des procédures à l'homme, plutôt que l'inverse. Afin de simplifier les choses, la CEI a défini quatre types d'environnement – ​​sec, humide, mouillé et immersion – et a défini des paramètres utiles pour la planification des activités de prévention dans chaque cas.

La fréquence du signal électrique responsable des accidents électriques est généralement connue. En Europe, c'est presque toujours 50 Hz et dans les Amériques, c'est généralement 60 Hz. Dans de rares cas impliquant des chemins de fer dans des pays tels que l'Allemagne, l'Autriche et la Suisse, il peut être de 16 2/3 Hz, fréquence qui représente théoriquement un plus grand risque de tétanisation et de fibrillation ventriculaire. Rappelons que la fibrillation n'est pas une réaction musculaire mais est provoquée par une stimulation répétitive, avec une sensibilité maximale à environ 10 Hz. C'est pourquoi, pour une tension donnée, le courant alternatif extrêmement basse fréquence est considéré comme trois à cinq fois plus dangereux que le courant continu en ce qui concerne les effets autres que les brûlures.

Les seuils décrits précédemment sont directement proportionnels à la fréquence du courant. Ainsi, à 10 kHz, le seuil de détection est dix fois plus élevé. La CEI étudie des courbes révisées de risque de fibrillation pour les fréquences supérieures à 1,000 1994 Hz (Commission électrotechnique internationale XNUMX).

Au-delà d'une certaine fréquence, les lois physiques régissant la pénétration du courant dans l'organisme changent complètement. Les effets thermiques liés à la quantité d'énergie libérée deviennent l'effet principal, les phénomènes capacitifs et inductifs commençant à prédominer.

La forme d'onde du signal électrique responsable d'un accident électrique est généralement connue. Il peut être un déterminant important des blessures dans les accidents impliquant un contact avec des condensateurs ou des semi-conducteurs.

Étude clinique du choc électrique

Classiquement, les électrifications ont été divisées en incidents de basse tension (50 à 1,000 1,000 V) et de haute tension (> XNUMX XNUMX V).

La basse tension est un danger connu, voire omniprésent, et les chocs qui en sont la conséquence se rencontrent aussi bien dans les milieux domestiques, de loisirs, agricoles, hospitaliers que dans l'industrie.

En passant en revue la gamme des décharges électriques à basse tension, des plus anodines aux plus graves, il faut commencer par les décharges électriques simples. Dans ces cas, les victimes sont capables de se retirer d'elles-mêmes, de conserver leur conscience et de maintenir une ventilation normale. Les effets cardiaques se limitent à une simple tachycardie sinusale avec ou sans anomalies électrocardiographiques mineures. Malgré les conséquences relativement mineures de tels accidents, l'électrocardiographie reste une précaution médicale et médico-légale appropriée. L'investigation technique de ces incidents potentiellement graves est indiquée en complément de l'examen clinique (Gilet et Choquet 1990).

Les victimes de chocs impliquant des chocs électriques de contact un peu plus forts et de plus longue durée peuvent souffrir de perturbations ou de perte de conscience, mais se rétablissent complètement plus ou moins rapidement ; le traitement accélère la guérison. L'examen révèle généralement des hypertonies neuromusculaires, des problèmes de ventilation hyperréflexive et une congestion dont la dernière est souvent secondaire à une obstruction oropharyngée. Les troubles cardiovasculaires sont secondaires à l'hypoxie ou à l'anoxie, ou peuvent prendre la forme de tachycardie, d'hypertension et, dans certains cas, même d'infarctus. Les patients atteints de ces conditions nécessitent des soins hospitaliers.

Les victimes occasionnelles qui perdent connaissance quelques secondes après le contact apparaissent pâles ou cyanosées, arrêtent de respirer, ont des pouls à peine perceptibles et présentent une mydriase indiquant une lésion cérébrale aiguë. Bien qu'elle soit généralement due à une fibrillation ventriculaire, la pathogénie précise de cette mort apparente n'est cependant pas pertinente. Le point important est le début rapide d'une thérapie bien définie, car on sait depuis un certain temps que cet état clinique n'entraîne jamais la mort réelle. Le pronostic dans ces cas d'électrocution, dont la guérison totale est possible, dépend de la rapidité et de la qualité des premiers secours. Statistiquement, celle-ci est le plus souvent administrée par du personnel non médical et la formation de tous les électriciens aux interventions de base susceptibles d'assurer la survie est donc indiquée.

En cas de décès apparent, les soins d'urgence doivent être prioritaires. Dans d'autres cas, cependant, il faut faire attention aux traumatismes multiples résultant de tétanos violents, de chutes ou de la projection de la victime dans les airs. Une fois que le danger de mort immédiat a été résolu, les traumatismes et les brûlures, y compris ceux causés par des contacts à basse tension, doivent être pris en charge.

Les accidents impliquant des hautes tensions entraînent des brûlures importantes ainsi que les effets décrits pour les accidents à basse tension. La conversion de l'énergie électrique en chaleur se produit à la fois en interne et en externe. Dans une étude sur les accidents électriques en France réalisée par le service médical de la compagnie d'électricité EDF-GDF, près de 80 % des victimes ont subi des brûlures. Ceux-ci peuvent être classés en quatre groupes :

  1. brûlures à l'arc, impliquant généralement la peau exposée et compliquées dans certains cas par des brûlures causées par des vêtements brûlants
  2. brûlures électrothermiques multiples, étendues et profondes, causées par des contacts à haute tension
  3. les brûlures classiques, causées par la brûlure des vêtements et la projection de matières brûlantes, et
  4. brûlures mixtes, causées par des arcs électriques, des brûlures et le passage du courant.

 

Des examens de suivi et complémentaires sont effectués au besoin, selon les particularités de l'accident. La stratégie utilisée pour établir un pronostic ou à des fins médico-légales est bien entendu déterminée par la nature des complications constatées ou attendues. Dans les électrifications à haute tension (Folliot 1982) et les coups de foudre (Gourbiere et al. 1994), l'enzymologie et l'analyse des chromoprotéines et des paramètres de coagulation sanguine sont obligatoires.

Le cours de la guérison d'un traumatisme électrique peut être compromis par des complications précoces ou tardives, en particulier celles impliquant les systèmes cardiovasculaire, nerveux et rénal. Ces complications à elles seules sont une raison suffisante pour hospitaliser les victimes d'électrifications à haute tension. Certaines complications peuvent laisser des séquelles fonctionnelles ou esthétiques.

Si le trajet du courant est tel qu'un courant important atteint le cœur, des complications cardiovasculaires seront présentes. Les troubles fonctionnels, en présence ou non de corrélats cliniques, sont les plus fréquemment observés et les plus bénins. Les arythmies - tachycardie sinusale, extrasystole, flutter et fibrillation auriculaire (dans cet ordre) - sont les anomalies électrocardiographiques les plus courantes et peuvent laisser des séquelles permanentes. Les troubles de la conduction sont plus rares, et difficilement associables à des accidents électriques en l'absence d'électrocardiogramme préalable.

Des troubles plus graves tels que l'insuffisance cardiaque, les lésions valvulaires et les brûlures du myocarde ont également été signalés, mais sont rares, même chez les victimes d'accidents à haute tension. Des cas clairs d'angine de poitrine et même d'infarctus ont également été signalés.

Des lésions vasculaires périphériques peuvent être observées dans la semaine suivant l'électrification à haute tension. Plusieurs mécanismes pathogéniques ont été proposés : spasme artériel, action du courant électrique sur les couches médiane et musculaire des vaisseaux et modification des paramètres de la coagulation sanguine.

Une grande variété de complications neurologiques est possible. Le premier à apparaître est l'accident vasculaire cérébral, que la victime ait ou non initialement subi une perte de conscience. La physiopathologie de ces complications implique un traumatisme crânien (dont la présence doit être vérifiée), l'effet direct du courant sur la tête, ou la modification du débit sanguin cérébral et l'induction d'un œdème cérébral retardé. De plus, des complications médullaires et périphériques secondaires peuvent être causées par un traumatisme ou l'action directe du courant électrique.

Les troubles sensoriels impliquent l'œil et les systèmes audiovestibulaire ou cochléaire. Il est important d'examiner la cornée, le cristallin et le fond de l'œil dès que possible, et de suivre les victimes d'arc électrique et de contact direct avec la tête pour les effets différés. Les cataractes peuvent se développer après une période sans symptômes de plusieurs mois. Les troubles vestibulaires et la perte auditive sont principalement dus aux effets du souffle et, chez les victimes de coups de foudre transmis par les lignes téléphoniques, à des traumatismes électriques (Gourbiere et al. 1994).

L'amélioration des pratiques mobiles d'urgence a considérablement réduit la fréquence des complications rénales, en particulier l'oligo-anurie, chez les victimes d'électrifications à haute tension. Une réhydratation précoce et soigneuse et une alcalinisation intraveineuse sont le traitement de choix chez les victimes de brûlures graves. Quelques cas d'albuminurie et d'hématurie microscopique persistante ont été rapportés.

Portraits cliniques et problèmes diagnostiques

Le portrait clinique du choc électrique est compliqué par la variété des applications industrielles de l'électricité et la fréquence et la variété croissantes des applications médicales de l'électricité. Cependant, pendant longtemps, les accidents électriques ont été causés uniquement par la foudre (Gourbiere et al. 1994). Les coups de foudre peuvent impliquer des quantités d'électricité tout à fait remarquables : une victime sur trois meurt. Les effets d'un coup de foudre – brûlures et mort apparente – sont comparables à ceux résultant de l'électricité industrielle et sont attribuables au choc électrique, à la transformation de l'énergie électrique en chaleur, aux effets de souffle et aux propriétés électriques de la foudre.

Les coups de foudre sont trois fois plus fréquents chez les hommes que chez les femmes. Cela reflète des modèles de travail avec différents risques d'exposition à la foudre.

Les brûlures résultant du contact avec les surfaces métalliques mises à la terre des scalpels électriques sont les effets les plus fréquemment observés chez les victimes d'électrification iatrogène. L'amplitude des courants de fuite acceptables dans les appareils électromédicaux varie d'un appareil à l'autre. À tout le moins, les spécifications et les recommandations d'utilisation des fabricants doivent être suivies.

Pour conclure cette section, nous aimerions aborder le cas particulier du choc électrique impliquant des femmes enceintes. Cela peut entraîner la mort de la femme, du fœtus ou des deux. Dans un cas remarquable, un fœtus vivant a été accouché avec succès par césarienne 15 minutes après le décès de sa mère à la suite d'une électrocution par un choc de 220 V (Folliot 1982).

Les mécanismes physiopathologiques de l'avortement provoqué par un choc électrique nécessitent une étude plus approfondie. Est-elle causée par des troubles de la conduction dans le tube cardiaque embryonnaire soumis à un gradient de voltage, ou par une déchirure du placenta secondaire à une vasoconstriction ?

La survenue d'accidents électriques comme celui-ci, heureusement rare, est une autre raison d'exiger la notification de tous les cas de blessures résultant de l'électricité.

Diagnostic positif et médico-légal

Les circonstances dans lesquelles un choc électrique se produit sont généralement suffisamment claires pour permettre un diagnostic étiologique sans équivoque. Cependant, ce n'est pas toujours le cas, même en milieu industriel.

Le diagnostic d'insuffisance circulatoire suite à un choc électrique est extrêmement important, car il nécessite que les passants commencent les premiers soins immédiats et de base une fois le courant coupé. L'arrêt respiratoire en l'absence de pouls est une indication absolue pour le début du massage cardiaque et du bouche-à-bouche. Auparavant, ceux-ci n'étaient pratiqués qu'en cas de mydriase (dilatation des pupilles), signe diagnostique d'une lésion cérébrale aiguë. La pratique actuelle est cependant de débuter ces interventions dès que le pouls n'est plus détectable.

Comme la perte de conscience due à la fibrillation ventriculaire peut prendre quelques secondes à se développer, les victimes peuvent être en mesure de s'éloigner de l'équipement responsable de l'accident. Cela peut avoir une certaine importance médico-légale, par exemple lorsqu'une victime d'accident est retrouvée à plusieurs mètres d'une armoire électrique ou d'une autre source de tension sans aucune trace de blessure électrique.

On ne saurait trop insister sur le fait que l'absence de brûlures électriques n'exclut pas la possibilité d'électrocution. Si l'autopsie des sujets trouvés dans des environnements électriques ou à proximité d'équipements capables de développer des tensions dangereuses ne révèle aucune lésion de Jelinek visible et aucun signe apparent de mort, l'électrocution doit être envisagée.

Si le corps est retrouvé à l'extérieur, un diagnostic de coup de foudre est obtenu par le processus d'élimination. Les signes de coup de foudre doivent être recherchés dans un rayon de 50 mètres autour du corps. Le Musée d'électropathologie de Vienne propose une exposition saisissante de ces signes, notamment de la végétation carbonisée et du sable vitrifié. Les objets métalliques portés par la victime peuvent fondre.

Bien que le suicide par voie électrique reste heureusement rare dans l'industrie, la mort par négligence contributive reste une triste réalité. C'est particulièrement vrai sur les chantiers hors normes, notamment ceux impliquant l'installation et l'exploitation d'installations électriques provisoires dans des conditions exigeantes.

Les accidents électriques ne devraient plus jamais se produire, compte tenu de la disponibilité de mesures de prévention efficaces décrites dans l'article « Prévention et normes ».

 

Noir

Lundi, Février 28 2011 19: 25

Électricité statique

Tous les matériaux diffèrent par le degré auquel les charges électriques peuvent les traverser. Chefs laisser couler les charges, tandis que isolateurs entraver le mouvement des charges. L'électrostatique est le domaine consacré à l'étude des charges, ou des corps chargés au repos. Électricité statique se produit lorsque des charges électriques qui ne bougent pas s'accumulent sur des objets. Si les charges circulent, il en résulte un courant et l'électricité n'est plus statique. Le courant qui résulte du déplacement des charges est communément appelé électricité par les profanes et est discuté dans les autres articles de ce chapitre. Électrification statique est le terme utilisé pour désigner tout processus aboutissant à la séparation des charges électriques positives et négatives. La conduction est mesurée avec une propriété appelée conductance, tandis qu'un isolant est caractérisé par sa résistivité. La séparation de charge qui conduit à l'électrification peut se produire à la suite de processus mécaniques, par exemple, le contact entre des objets et le frottement, ou la collision de deux surfaces. Les surfaces peuvent être constituées de deux solides ou d'un solide et d'un liquide. Le processus mécanique peut, moins fréquemment, être la rupture ou la séparation de surfaces solides ou liquides. Cet article se concentre sur le contact et la friction.

Processus d'électrification

Le phénomène de génération d'électricité statique par frottement (triboélectrification) est connu depuis des milliers d'années. Le contact entre deux matériaux est suffisant pour induire l'électrification. La friction est simplement un type d'interaction qui augmente la surface de contact et génère de la chaleur.frottement est le terme général pour décrire le mouvement de deux objets en contact ; la pression exercée, sa vitesse de cisaillement et la chaleur générée sont les premiers déterminants de la charge générée par le frottement. Parfois, la friction entraînera également l'arrachement de particules solides.

Lorsque les deux solides en contact sont des métaux (contact métal-métal), les électrons migrent de l'un vers l'autre. Chaque métal est caractérisé par un potentiel initial différent (potentiel de Fermi), et la nature se dirige toujours vers l'équilibre, c'est-à-dire que les phénomènes naturels agissent pour éliminer les différences de potentiel. Cette migration d'électrons se traduit par la génération d'un potentiel de contact. Parce que les charges d'un métal sont très mobiles (les métaux sont d'excellents conducteurs), les charges se recombinent même au dernier point de contact avant que les deux métaux ne soient séparés. Il est donc impossible de provoquer l'électrification en rapprochant deux métaux puis en les séparant ; les charges circuleront toujours pour éliminer la différence de potentiel.

Quand un Métal et le isolant entrent en contact presque sans frottement dans le vide, le niveau d'énergie des électrons dans le métal se rapproche de celui de l'isolant. Les impuretés de surface ou en vrac provoquent cela et empêchent également la formation d'arc (la décharge d'électricité entre les deux corps chargés - les électrodes) lors de la séparation. La charge transférée à l'isolant est proportionnelle à l'affinité électronique du métal, et chaque isolant a également une affinité électronique, ou une attraction pour les électrons, qui lui est associée. Ainsi, le transfert d'ions positifs ou négatifs de l'isolant vers le métal est également possible. La charge sur la surface après contact et séparation est décrite par l'équation 1 dans le tableau 1.


Tableau 1. Relations de base en électrostatique - Collection d'équations

Équation 1 : Charge par contact d'un métal et d'un isolant

En général, la densité de charge de surface () après contact et séparation 

peut s'exprimer par :

De

e est la charge d'un électron
NE est la densité d'état d'énergie à la surface de l'isolant
fi est l'affinité électronique de l'isolant, et
fm est l'affinité électronique du métal

Équation 2 : Charge suite au contact entre deux isolateurs

La forme générale suivante de l'équation 1 s'applique au transfert de charge
entre deux isolants d'états énergétiques différents (surfaces parfaitement propres uniquement) :

De NE1 et de NE2 sont les densités d'état d'énergie à la surface des deux isolants, 

et de  Ø1 et de Ø 2 sont les affinités électroniques des deux isolants.

Équation 3 : Densité de charge de surface maximale

La rigidité diélectrique (EG) du gaz environnant impose une limite supérieure à la charge qu'il est
possible de générer sur une surface isolante plane. Dans les airs, EG est d'environ 3 MV/m.
La densité de charge de surface maximale est donnée par :

Équation 4 : Charge maximale sur une particule sphérique

Lorsque des particules nominalement sphériques sont chargées par l'effet corona, le maximum
charge que chaque particule peut acquérir est donnée par la limite de Pauthenier :

De

qmax est la charge maximale
a est le rayon des particules
eI est la permittivité relative et

Équation 5 : Décharges des conducteurs

Le potentiel d'un conducteur isolé portant une charge Q est donné par V = Q/C et de
l'énergie stockée par :

Équation 6 : Évolution dans le temps du potentiel du conducteur chargé

Dans un conducteur chargé par un courant constant (IG), l'évolution temporelle de la
potentiel est décrit par :

De Rf est la résistance de fuite du conducteur

Équation 7 : Potentiel final du conducteur chargé

Pendant longtemps, t >Rf C, cela se réduit à :

et l'énergie stockée est donnée par :

Équation 8 : Énergie stockée du conducteur chargé


Lorsque deux isolants entrent en contact, un transfert de charge se produit en raison des différents états de leur énergie de surface (équation 2, tableau 1). Les charges transférées à la surface d'un isolant peuvent migrer plus profondément dans le matériau. L'humidité et la contamination de surface peuvent grandement modifier le comportement des charges. L'humidité de surface en particulier augmente les densités d'état d'énergie de surface en augmentant la conduction de surface, ce qui favorise la recombinaison de charge et facilite la mobilité ionique. La plupart des gens le reconnaîtront dans leurs expériences de la vie quotidienne par le fait qu'ils ont tendance à être soumis à l'électricité statique dans des conditions sèches. La teneur en eau de certains polymères (plastiques) changera au fur et à mesure qu'ils sont chargés. L'augmentation ou la diminution de la teneur en eau peut même inverser le sens du flux de charge (sa polarité).

La polarité (positivité et négativité relatives) de deux isolants en contact l'un avec l'autre dépend de l'affinité électronique de chaque matériau. Les isolants peuvent être classés en fonction de leurs affinités électroniques, et certaines valeurs illustratives sont répertoriées dans le tableau 2. L'affinité électronique d'un isolant est une considération importante pour les programmes de prévention, qui sont abordés plus loin dans cet article.

Tableau 2. Affinités électroniques des polymères sélectionnés*

Charger

Matières

Affinité électronique (EV)

-

PVC (chlorure de polyvinyle)

4.85

 

Polyamide

4.36

 

Polycarbonate

4.26

 

PTFE (polytétrafluoroéthylène)

4.26

 

PETP (polyéthylène téréphtalate)

4.25

 

polystyrène

4.22

+

Polyamide

4.08

* Un matériau acquiert une charge positive lorsqu'il entre en contact avec un matériau répertorié au-dessus et une charge négative lorsqu'il entre en contact avec un matériau répertorié en dessous. L'affinité électronique d'un isolant est cependant multifactorielle.

 

Bien qu'il y ait eu des tentatives pour établir une série triboélectrique qui classerait les matériaux de sorte que ceux qui acquièrent une charge positive au contact des matériaux apparaissent plus haut dans la série que ceux qui acquièrent une charge négative au contact, aucune série universellement reconnue n'a été établie.

Quand un solide et un liquide se rencontrent (pour former un interface solide-liquide), le transfert de charge se produit en raison de la migration des ions présents dans le liquide. Ces ions proviennent de la dissociation d'impuretés éventuellement présentes ou de réactions électrochimiques d'oxydoréduction. Comme, en pratique, les liquides parfaitement purs n'existent pas, il y aura toujours au moins quelques ions positifs et négatifs dans le liquide disponibles pour se lier à l'interface liquide-solide. Il existe de nombreux types de mécanismes par lesquels cette liaison peut se produire (par exemple, l'adhérence électrostatique aux surfaces métalliques, l'absorption chimique, l'injection électrolytique, la dissociation des groupes polaires et, si la paroi du vaisseau est isolante, les réactions liquide-solide.)

Étant donné que les substances qui se dissolvent (se dissocient) sont électriquement neutres au départ, elles généreront un nombre égal de charges positives et négatives. L'électrification ne se produit que si les charges positives ou négatives adhèrent préférentiellement à la surface du solide. Si cela se produit, une couche très compacte, connue sous le nom de couche de Helmholtz, se forme. Parce que la couche de Helmholtz est chargée, elle attirera les ions de polarité opposée. Ces ions se regrouperont en une couche plus diffuse, connue sous le nom de couche de Gouy, qui repose sur la surface de la couche compacte de Helmholtz. L'épaisseur de la couche de Gouy augmente avec la résistivité du liquide. Les liquides conducteurs forment des couches de Gouy très fines.

Cette double couche se séparera si le liquide s'écoule, la couche de Helmholtz restant liée à l'interface et la couche de Gouy étant entraînée par le liquide qui s'écoule. Le mouvement de ces couches chargées produit une différence de potentiel (le zeta potentiel), et le courant induit par les charges en mouvement est appelé le courant continu. La quantité de charge qui s'accumule dans le liquide dépend de la vitesse à laquelle les ions diffusent vers l'interface et de la résistivité du liquide (r). Le courant d'écoulement est cependant constant dans le temps.

Ni les liquides hautement isolants ni conducteurs ne se chargeront - le premier parce que très peu d'ions sont présents, et le second parce que dans les liquides qui conduisent très bien l'électricité, les ions se recombinent très rapidement. En pratique, l'électrification ne se produit que dans les liquides de résistivité supérieure à 107Ωm ou moins de 1011Ωm, avec les valeurs les plus élevées observées pour r 109 - 1011 Ωm.

Les liquides qui s'écoulent induiront une accumulation de charge dans les surfaces isolantes sur lesquelles ils s'écoulent. La mesure dans laquelle la densité de charge de surface s'accumulera est limitée par (1) la rapidité avec laquelle les ions dans le liquide se recombinent à l'interface liquide-solide, (2) la rapidité avec laquelle les ions dans le liquide sont conduits à travers l'isolant, ou ( 3) si un arc de surface ou de masse à travers l'isolant se produit et la charge est ainsi déchargée. L'écoulement turbulent et l'écoulement sur des surfaces rugueuses favorisent l'électrification.

Lorsqu'une haute tension - disons plusieurs kilovolts - est appliquée à un corps chargé (une électrode) qui a un petit rayon (par exemple, un fil), le champ électrique dans le voisinage immédiat du corps chargé est élevé, mais il diminue rapidement avec distance. S'il y a décharge des charges stockées, la décharge sera limitée à la région où le champ électrique est plus fort que la rigidité diélectrique de l'atmosphère environnante, phénomène appelé effet corona, car l'arc émet également de la lumière. (Les gens peuvent en fait avoir vu de petites étincelles se former lorsqu'ils ont personnellement subi un choc dû à l'électricité statique.)

La densité de charge sur une surface isolante peut également être modifiée par les électrons en mouvement générés par un champ électrique de haute intensité. Ces électrons généreront des ions à partir de toutes les molécules de gaz de l'atmosphère avec lesquelles ils entrent en contact. Lorsque la charge électrique sur le corps est positive, le corps chargé repoussera tous les ions positifs qui ont été créés. Les électrons créés par des objets chargés négativement perdront de l'énergie en s'éloignant de l'électrode, et ils se fixeront aux molécules de gaz dans l'atmosphère, formant ainsi des ions négatifs qui continuent de s'éloigner des points de charge. Ces ions positifs et négatifs peuvent venir se poser sur n'importe quelle surface isolante et vont modifier la densité de charge de la surface. Ce type de charge est beaucoup plus facile à contrôler et plus uniforme que les charges créées par frottement. Il y a des limites à l'étendue des charges qu'il est possible de générer de cette manière. La limite est décrite mathématiquement dans l'équation 3 du tableau 1.

Pour générer des charges plus élevées, il faut augmenter la rigidité diélectrique de l'environnement, soit en créant un vide, soit en métallisant l'autre face du film isolant. Ce dernier stratagème attire le champ électrique dans l'isolant et réduit par conséquent l'intensité du champ dans le gaz environnant.

Lorsqu'un conducteur dans un champ électrique (E) est mis à la terre (voir figure 1), des charges peuvent être produites par induction. Dans ces conditions, le champ électrique induit la polarisation - la séparation des centres de gravité des ions négatifs et positifs du conducteur. Un conducteur temporairement mis à la terre en un seul point portera une charge nette lorsqu'il sera déconnecté de la terre, en raison de la migration des charges à proximité du point. Cela explique pourquoi des particules conductrices situées dans un champ uniforme oscillent entre les électrodes, se chargeant et se déchargeant à chaque contact.

Figure 1. Mécanisme de charge d'un conducteur par induction

ELE030F1

Dangers associés à l'électricité statique

Les effets néfastes causés par l'accumulation d'électricité statique vont de l'inconfort que l'on éprouve en touchant un objet chargé, comme une poignée de porte, aux blessures très graves, voire mortelles, qui peuvent survenir à la suite d'une explosion induite par l'électricité statique. L'effet physiologique des décharges électrostatiques sur l'homme va du picotement inconfortable aux actions réflexes violentes. Ces effets sont produits par le courant de décharge et, surtout, par la densité de courant sur la peau.

Dans cet article, nous décrirons quelques moyens pratiques par lesquels les surfaces et les objets peuvent se charger (électrification). Lorsque le champ électrique induit dépasse la capacité de l'environnement environnant à supporter la charge (c'est-à-dire dépasse la rigidité diélectrique de l'environnement), une décharge se produit. (Dans l'air, la rigidité diélectrique est décrite par la courbe de Paschen et est fonction du produit de la pression et de la distance entre les corps chargés.)

Les rejets perturbateurs peuvent prendre les formes suivantes :

  • étincelles ou arcs qui relient deux corps chargés (deux électrodes métalliques)
  • les décharges partielles, ou en brosse, qui pontent une électrode métallique et un isolant, voire deux isolants ; ces décharges sont dites partielles car le chemin conducteur ne court-circuite pas totalement deux électrodes métalliques, mais est généralement multiple et en brosse
  • les décharges corona, également connues sous le nom d'effets ponctuels, qui se produisent dans le champ électrique fort autour des corps ou des électrodes chargés à petit rayon.

 

Les conducteurs isolés ont une capacité nette C par rapport au sol. Cette relation entre charge et potentiel est exprimée dans l'équation 5 du tableau 1.

Une personne portant des chaussures isolantes est un exemple courant de conducteur isolé. Le corps humain est un conducteur électrostatique, avec une capacité typique par rapport à la terre d'environ 150 pF et un potentiel pouvant atteindre 30 kV. Parce que les gens peuvent être des conducteurs isolants, ils peuvent ressentir des décharges électrostatiques, comme la sensation plus ou moins douloureuse parfois produite lorsqu'une main s'approche d'une poignée de porte ou d'un autre objet métallique. Lorsque le potentiel atteint environ 2 kV, l'équivalent d'une énergie de 0.3 mJ sera ressenti, bien que ce seuil varie d'une personne à l'autre. Des décharges plus fortes peuvent provoquer des mouvements incontrôlables entraînant des chutes. Dans le cas de travailleurs utilisant des outils, les mouvements réflexes involontaires peuvent entraîner des blessures à la victime et à d'autres personnes travaillant à proximité. Les équations 6 à 8 du tableau 1 décrivent l'évolution temporelle du potentiel.

Un véritable arc électrique se produit lorsque la force du champ électrique induit dépasse la rigidité diélectrique de l'air. En raison de la migration rapide des charges dans les conducteurs, pratiquement toutes les charges s'écoulent vers le point de décharge, libérant toute l'énergie stockée dans une étincelle. Cela peut avoir de graves conséquences lorsque vous travaillez avec des substances inflammables ou explosives ou dans des conditions inflammables.

L'approche d'une électrode mise à la terre sur une surface isolante chargée modifie le champ électrique et induit une charge dans l'électrode. Au fur et à mesure que les surfaces se rapprochent, l'intensité du champ augmente, entraînant éventuellement une décharge partielle de la surface isolée chargée. Les charges sur les surfaces isolantes étant peu mobiles, seule une faible proportion de la surface participe à la décharge, et l'énergie dégagée par ce type de décharge est donc beaucoup plus faible que dans les arcs.

La charge et l'énergie transférée semblent être directement proportionnelles au diamètre de l'électrode métallique, jusqu'à environ 20 mm. La polarité initiale de l'isolant influence également la charge et l'énergie transférée. Les décharges partielles des surfaces chargées positivement sont moins énergétiques que celles des surfaces chargées négativement. Il est impossible de déterminer, a priori, l'énergie transférée par une décharge à partir d'une surface isolante, contrairement à la situation impliquant des surfaces conductrices. En effet, la surface isolante n'étant pas équipotentielle, il n'est même pas possible de définir les capacités mises en jeu.

Décharge rampante

On a vu dans l'équation 3 (tableau 1) que la densité de charge surfacique d'une surface isolante dans l'air ne peut excéder 2,660 XNUMX pC/cm2.

Si l'on considère une plaque isolante ou un film d'épaisseur a, reposant sur une électrode métallique ou ayant une face métallique, il est aisé de démontrer que le champ électrique est aspiré dans l'isolant par la charge induite sur l'électrode au fur et à mesure que des charges se déposent sur la face non métallique. De ce fait, le champ électrique dans l'air est très faible, et inférieur à ce qu'il serait si l'une des faces n'était pas métallique. Dans ce cas, la rigidité diélectrique de l'air ne limite pas l'accumulation de charges sur la surface isolante, et il est possible d'atteindre des densités de charges surfaciques très élevées (>2,660 XNUMX pC/cm2). Cette accumulation de charge augmente la conductivité de surface de l'isolant.

Lorsqu'une électrode s'approche d'une surface isolante, il se produit une décharge rampante impliquant une grande partie de la surface chargée devenue conductrice. En raison des grandes surfaces concernées, ce type de décharge libère de grandes quantités d'énergie. Dans le cas des films, le champ d'air est très faible et la distance entre l'électrode et le film ne doit pas dépasser l'épaisseur du film pour qu'une décharge se produise. Une décharge rampante peut également se produire lorsqu'un isolant chargé est séparé de sa sous-couche métallique. Dans ces conditions, le champ d'air augmente brusquement et toute la surface de l'isolant se décharge pour rétablir l'équilibre.

Décharges électrostatiques et risques d'incendie et d'explosion

En atmosphère explosive, des réactions d'oxydation exothermiques violentes, impliquant un transfert d'énergie vers l'atmosphère, peuvent être déclenchées par :

  • flammes nues
  • étincelles électriques
  • étincelles de radiofréquence à proximité d'une source radio puissante
  • étincelles produites par des collisions (par exemple, entre le métal et le béton)
  • décharges électrostatiques.

 

Nous ne nous intéressons ici qu'au dernier cas. Les points d'éclair (température à laquelle les vapeurs liquides s'enflamment au contact d'une flamme nue) de divers liquides et la température d'auto-inflammation de diverses vapeurs sont indiqués dans la section chimique de ce Encyclopédie. Le risque d'incendie lié aux décharges électrostatiques peut être évalué par référence à la limite inférieure d'inflammabilité des gaz, vapeurs et aérosols solides ou liquides. Cette limite peut varier considérablement, comme l'illustre le tableau 3.

Tableau 3. Limites inférieures d'inflammabilité typiques

Décharge

limite

Certaines poudres

Plusieurs joules

Aérosols très fins de soufre et d'aluminium

Plusieurs millijoules

Vapeurs d'hydrocarbures et autres liquides organiques

200 microjoules

Hydrogène et acétylène

20 microjoules

explosifs

1 microjoule

 

Un mélange d'air et de gaz ou de vapeur inflammable ne peut exploser que lorsque la concentration de la substance inflammable se situe entre ses limites supérieure et inférieure d'explosivité. Dans cette plage, l'énergie d'allumage minimale (MIE) - l'énergie qu'une décharge électrostatique doit posséder pour enflammer le mélange - dépend fortement de la concentration. Il a été démontré que l'énergie minimale d'allumage dépend de la vitesse de libération de l'énergie et, par extension, de la durée de décharge. Le rayon de l'électrode est également un facteur :

  • Les électrodes de petit diamètre (de l'ordre de quelques millimètres) provoquent des décharges corona plutôt que des étincelles.
  • Avec des électrodes de plus gros diamètre (de l'ordre de quelques centimètres), la masse d'électrode sert à refroidir les étincelles.

 

En général, les MIE les plus faibles sont obtenus avec des électrodes juste assez grandes pour éviter les décharges corona.

La MIE dépend également de la distance interélectrodes, et est la plus faible à la distance de pincement, distance à laquelle l'énergie produite dans la zone de réaction dépasse les pertes thermiques aux électrodes. Il a été démontré expérimentalement que chaque substance inflammable a une distance maximale de sécurité, correspondant à la distance minimale entre électrodes à laquelle une explosion peut se produire. Pour les hydrocarbures, elle est inférieure à 1 mm.

La probabilité d'explosions de poudre dépend de la concentration, la probabilité la plus élevée étant associée à des concentrations de l'ordre de 200 à 500 g/m3. Le MIE dépend également de la taille des particules, les poudres plus fines explosant plus facilement. Pour les gaz et les aérosols, le MIE diminue avec la température.

Exemples industriels

De nombreux processus couramment utilisés pour la manipulation et le transport de produits chimiques génèrent des charges électrostatiques. Ceux-ci inclus:

  • verser les poudres des sacs
  • dépistage
  • transport en tuyauterie
  • agitation liquide, en particulier en présence de phases multiples, de solides en suspension ou de gouttelettes de liquides non miscibles
  • pulvérisation de liquide ou brumisation.

 

Les conséquences de la génération de charges électrostatiques incluent des problèmes mécaniques, un risque de décharge électrostatique pour les opérateurs et, si des produits contenant des solvants ou des vapeurs inflammables sont utilisés, même une explosion (voir tableau 4).

Tableau 4. Redevance spécifique associée à certaines opérations industrielles

Opération

Frais spécifiques
(q/m) (C/kg)

Tamisage

10-8 -10- 11

Remplissage ou vidange de silo

10-7 -10-9

Transport par vis sans fin

10-6 -10-8

Meulage

10-6 -10-7

Micronisation

10-4 -10-7

Transport pneumatique

10-4 -10-6

 

Les hydrocarbures liquides, tels que le pétrole, le kérosène et de nombreux solvants usuels, ont deux caractéristiques qui les rendent particulièrement sensibles aux problèmes d'électricité statique :

  • haute résistivité, ce qui leur permet d'accumuler des niveaux élevés de charges
  • les vapeurs inflammables, qui augmentent le risque de rejets à faible énergie provoquant des incendies et des explosions.

 

Des charges peuvent être générées pendant le flux de transport (par exemple, via des canalisations, des pompes ou des vannes). Le passage à travers des filtres fins, tels que ceux utilisés lors du remplissage des réservoirs des avions, peut entraîner la génération de densités de charge de plusieurs centaines de microcoulombs par mètre cube. La sédimentation des particules et la génération de brouillards chargés ou de mousses lors du remplissage en continu des réservoirs peuvent également générer des charges.

Entre 1953 et 1971, l'électricité statique a été responsable de 35 incendies et explosions pendant ou après le remplissage de réservoirs de kérosène, et encore plus d'accidents se sont produits lors du remplissage de réservoirs de camions. La présence de filtres ou les éclaboussures lors du remplissage (dues à la génération de mousses ou de brouillards) sont les facteurs de risque les plus fréquemment identifiés. Des accidents se sont également produits à bord de pétroliers, notamment lors du nettoyage des citernes.

Principes de prévention de l'électricité statique

Tous les problèmes liés à l'électricité statique proviennent de :

  • génération de charges électriques
  • accumulation de ces charges sur des isolants ou des conducteurs isolés
  • champ électrique produit par ces charges, qui à son tour se traduit par une force ou une décharge perturbatrice.

 

Les mesures préventives visent à éviter l'accumulation de charges électrostatiques, et la stratégie de choix est d'éviter de générer les charges électriques en premier lieu. Si cela n'est pas possible, des mesures visant à ancrer les charges doivent être mises en œuvre. Enfin, si des décharges sont inévitables, les objets sensibles doivent être protégés des effets des décharges.

Suppression ou réduction de la génération de charges électrostatiques

C'est la première approche de prévention électrostatique qui devrait être entreprise, car c'est la seule mesure préventive qui élimine le problème à sa source. Cependant, comme discuté précédemment, des charges sont générées chaque fois que deux matériaux, dont au moins un est isolant, entrent en contact et sont ensuite séparés. En pratique, la génération de charge peut se produire même lors du contact et de la séparation d'un matériau avec lui-même. En effet, la génération de charges implique les couches superficielles des matériaux. Étant donné que la moindre différence d'humidité de surface ou de contamination de surface entraîne la génération de charges statiques, il est impossible d'éviter complètement la génération de charges.

Pour réduire la quantité de charges générées par les surfaces entrant en contact :

  • Évitez que des matériaux entrent en contact les uns avec les autres s'ils ont des affinités électroniques très différentes, c'est-à-dire s'ils sont très éloignés dans la série triboélectrique. Par exemple, évitez le contact entre le verre et le Téflon (PTFE), ou entre le PVC et le polyamide (nylon) (voir tableau 2).
  • Réduire le débit d'écoulement entre les matériaux. Cela réduit la vitesse de cisaillement entre les matériaux solides. Par exemple, on peut réduire le débit de l'extrusion de films plastiques, du déplacement de matériaux broyés sur un convoyeur, ou de liquides dans une canalisation.

 

Aucune limite de sécurité définitive pour les débits n'a été établie. La norme britannique BS-5958-Part 2  Code de pratique pour le contrôle de l'électricité statique indésirable recommande que le produit de la vitesse (en mètres par seconde) et du diamètre du tuyau (en mètres) soit inférieur à 0.38 pour les liquides de conductivité inférieure à 5 pS/m (en pico-siemens par mètre) et inférieur à 0.5 pour les liquides avec des conductivités supérieures à 5 pS/m. Ce critère n'est valable que pour les liquides monophasiques transportés à des vitesses ne dépassant pas 7 m/s.

Il convient de noter que la réduction du cisaillement ou de la vitesse d'écoulement réduit non seulement la génération de charges, mais aide également à dissiper toutes les charges générées. En effet, des vitesses d'écoulement plus faibles entraînent des temps de séjour supérieurs à ceux associés aux zones de relaxation, où les débits sont réduits par des stratégies telles que l'augmentation du diamètre des conduites. Ceci, à son tour, augmente la mise à la terre.

Mise à la terre de l'électricité statique

La règle de base de la prévention électrostatique est d'éliminer les différences de potentiel entre les objets. Cela peut être fait en les connectant ou en les mettant à la terre. Les conducteurs isolés peuvent cependant accumuler des charges et ainsi se charger par induction, phénomène qui leur est propre. Les décharges des conducteurs peuvent prendre la forme d'étincelles à haute énergie et dangereuses.

Cette règle est conforme aux recommandations relatives à la prévention des chocs électriques, qui imposent également que toutes les parties métalliques accessibles des équipements électriques soient reliées à la terre comme dans la norme française Installations électriques basse tension (NFC 15-100). Pour une sécurité électrostatique maximale, qui nous préoccupe ici, cette règle doit être généralisée à tous les éléments conducteurs. Cela comprend les cadres de table en métal, les poignées de porte, les composants électroniques, les réservoirs utilisés dans les industries chimiques et les châssis des véhicules utilisés pour le transport des hydrocarbures.

Du point de vue de la sécurité électrostatique, le monde idéal serait celui dans lequel tout serait conducteur et serait en permanence mis à la terre, transférant ainsi toutes les charges dans la terre. Dans ces conditions, tout serait en permanence équipotentiel, et le champ électrique - et le risque de décharge - serait par conséquent nul. Cependant, il n'est presque jamais possible d'atteindre cet idéal, pour les raisons suivantes :

  • Tous les produits à manipuler ne sont pas conducteurs et beaucoup ne peuvent pas être rendus conducteurs par l'utilisation d'additifs. Les produits agricoles et pharmaceutiques et les liquides de haute pureté en sont des exemples.
  • Les propriétés souhaitables du produit final, telles que la transparence optique ou la faible conductivité thermique, peuvent empêcher l'utilisation de matériaux conducteurs.
  • Il est impossible de mettre à la terre en permanence des équipements mobiles tels que des chariots métalliques, des outils électroniques sans fil, des véhicules et même des opérateurs humains.

 

Protection contre les décharges électrostatiques

Il convient de garder à l'esprit que cette section ne concerne que la protection des équipements électrostatiquement sensibles contre les décharges inévitables, la réduction de la génération de charges et l'élimination des charges. La capacité de protéger l'équipement n'élimine pas la nécessité fondamentale d'empêcher l'accumulation de charges électrostatiques en premier lieu.

Comme l'illustre la figure 2, tous les problèmes électrostatiques impliquent une source de décharge électrostatique (l'objet initialement chargé), une cible qui reçoit la décharge et l'environnement à travers lequel la décharge se déplace (décharge diélectrique). Il convient de noter que la cible ou l'environnement peuvent être électrostatiquement sensibles. Quelques exemples d'éléments sensibles sont listés dans le tableau 5.

Figure 2. Schéma du problème de décharge électrostatique

ELE030F2

Tableau 6. Exemples d'équipements sensibles aux décharges électrostatiques

Élément sensible

Exemples

Identifier

Un opérateur touchant une poignée de porte ou le châssis d'une voiture A
Composant électronique chargé entrant en contact avec un
objet mis à la terre

Target

Composants électroniques ou matériaux touchant un opérateur chargé

Environnement

Un mélange explosif enflammé par une décharge électrostatique

 

Protection des travailleurs

Les travailleurs qui ont des raisons de croire qu'ils sont devenus chargés électriquement (par exemple, lorsqu'ils descendent d'un véhicule par temps sec ou marchent avec certains types de chaussures), peuvent appliquer un certain nombre de mesures de protection, telles que les suivantes :

  • Réduisez la densité de courant au niveau de la peau en touchant un conducteur mis à la terre avec un morceau de métal tel qu'une clé ou un outil.
  • Réduisez la valeur de crête du courant en déchargeant vers un objet dissipateur, s'il y en a un (un dessus de table ou un dispositif spécial tel qu'un bracelet de protection avec résistance série).

 

Protection en atmosphères explosives

Dans les atmosphères explosives, c'est l'environnement lui-même qui est sensible aux décharges électrostatiques, et les décharges peuvent provoquer une inflammation ou une explosion. La protection consiste alors à remplacer l'air, soit par un mélange gazeux dont la teneur en oxygène est inférieure à la limite inférieure d'explosivité, soit par un gaz inerte, tel que l'azote. Le gaz inerte a été utilisé dans les silos et dans les cuves de réaction dans les industries chimiques et pharmaceutiques. Dans ce cas, des précautions adéquates pour s'assurer que les travailleurs reçoivent une alimentation en air adéquate sont nécessaires.

 

Noir

Lundi, Février 28 2011 19: 43

Prévention et Normes

Dangers et mesures préventives dans les installations électriques

Les nombreux composants composant les installations électriques présentent des degrés de robustesse variables. Indépendamment de leur fragilité inhérente, cependant, ils doivent tous fonctionner de manière fiable dans des conditions rigoureuses. Malheureusement, même dans les meilleures circonstances, les équipements électriques sont sujets à des pannes qui peuvent entraîner des blessures humaines ou des dommages matériels.

Le fonctionnement sûr des installations électriques est le résultat d'une bonne conception initiale, et non de la simple mise à niveau des systèmes de sécurité. Ceci est un corollaire du fait que, alors que le courant circule à la vitesse de la lumière, tous les systèmes électromécaniques et électroniques présentent des latences de réaction, causées principalement par l'inertie thermique, l'inertie mécanique et les conditions de maintenance. Ces latences, quelles que soient leurs origines, sont suffisamment longues pour permettre des blessures humaines et des dommages matériels (Lee, Capelli-Schellpfeffer et Kelly 1994 ; Lee, Cravalho et Burke 1992 ; Kane et Sternheim 1978).

Il est essentiel que l'équipement soit installé et entretenu par du personnel qualifié. Des mesures techniques, faut-il le souligner, sont nécessaires à la fois pour assurer le fonctionnement sûr des installations et pour protéger les hommes et le matériel.

Introduction aux risques électriques

Le bon fonctionnement des installations électriques exige que les machines, l'équipement et les circuits et lignes électriques soient protégés contre les risques causés par des facteurs internes (c'est-à-dire survenant dans l'installation) et externes (Andreoni et Castagna 1983).

Les causes internes comprennent :

  • surtensions
  • des courts-circuits
  • modification de la forme d'onde du courant
  • induction
  • ingérence
  • surintensités
  • corrosion, entraînant des fuites de courant électrique vers la terre
  • échauffement des matériaux conducteurs et isolants, pouvant entraîner des brûlures de l'opérateur, des émissions de gaz toxiques, des incendies de composants et, dans des atmosphères inflammables, des explosions
  • les fuites de fluides isolants, tels que l'huile
  • dégagement d'hydrogène ou d'autres gaz pouvant conduire à la formation de mélanges explosifs.

 

Chaque combinaison danger-équipement nécessite des mesures de protection spécifiques, dont certaines sont imposées par la loi ou des réglementations techniques internes. Les fabricants ont la responsabilité de connaître les stratégies techniques spécifiques capables de réduire les risques.

Les causes externes comprennent :

  • facteurs mécaniques (chutes, chocs, vibrations)
  • facteurs physiques et chimiques (radiations naturelles ou artificielles, températures extrêmes, huiles, liquides corrosifs, humidité)
  • vent, glace, foudre
  • végétation (arbres et racines, sèches et humides)
  • animaux (en milieu urbain et rural); ceux-ci peuvent endommager l'isolation de la ligne d'alimentation, et ainsi provoquer des courts-circuits ou des faux contacts

et pour couronner le tout,

  • les adultes et les enfants qui sont négligents, imprudents ou ignorants des risques et des procédures d'exploitation.

 

D'autres causes externes incluent les interférences électromagnétiques par des sources telles que les lignes à haute tension, les récepteurs radio, les machines à souder (capables de générer des surtensions transitoires) et les solénoïdes.

Les causes de problèmes les plus fréquemment rencontrées proviennent d'un dysfonctionnement ou d'un hors-norme :

  • équipement de protection mécanique, thermique ou chimique
  • systèmes de ventilation, systèmes de refroidissement de machines, équipements, lignes ou circuits
  • coordination des isolateurs utilisés dans les différentes parties de l'usine
  • coordination des fusibles et des disjoncteurs automatiques.

 

Un seul fusible ou disjoncteur automatique est incapable d'assurer une protection adéquate contre les surintensités sur deux circuits différents. Des fusibles ou des disjoncteurs automatiques peuvent assurer une protection contre les défaillances phase-neutre, mais la protection contre les défaillances phase-terre nécessite des disjoncteurs différentiels automatiques.

  • utilisation de relais de tension et de déchargeurs pour coordonner les systèmes de protection
  • capteurs et composants mécaniques ou électriques des systèmes de protection de l'installation
  • séparation des circuits à différentes tensions (des entrefers adéquats doivent être maintenus entre les conducteurs ; les connexions doivent être isolées ; les transformateurs doivent être équipés de blindages mis à la terre et d'une protection appropriée contre les surtensions, et avoir des bobines primaires et secondaires entièrement séparées)
  • codes de couleur ou autres dispositions appropriées pour éviter une identification erronée des fils
  • confondre la phase active avec un conducteur neutre entraîne l'électrification des composants métalliques externes de l'équipement
  • équipement de protection contre les interférences électromagnétiques.

 

Ceux-ci sont particulièrement importants pour l'instrumentation et les lignes utilisées pour la transmission de données ou l'échange de signaux de protection et/ou de commande. Des espaces adéquats doivent être maintenus entre les lignes, ou des filtres et des écrans doivent être utilisés. Les câbles à fibres optiques sont parfois utilisés pour les cas les plus critiques.

Le risque associé aux installations électriques augmente lorsque l'équipement est soumis à des conditions de fonctionnement sévères, le plus souvent à la suite de risques électriques dans des environnements humides ou mouillés.

Les fines couches conductrices liquides qui se forment sur les surfaces métalliques et isolantes dans les environnements humides ou mouillés créent de nouvelles voies de courant irrégulières et dangereuses. L'infiltration d'eau réduit l'efficacité de l'isolation et, si l'eau pénètre dans l'isolation, elle peut provoquer des fuites de courant et des courts-circuits. Ces effets endommagent non seulement les installations électriques mais augmentent considérablement les risques humains. Ce fait justifie la nécessité de normes particulières pour le travail dans des environnements difficiles tels que les sites en plein air, les installations agricoles, les chantiers de construction, les salles de bains, les mines et les caves et certains environnements industriels.

Des équipements offrant une protection contre la pluie, les éclaboussures latérales ou l'immersion totale sont disponibles. Idéalement, l'équipement doit être fermé, isolé et résistant à la corrosion. Les boîtiers métalliques doivent être mis à la terre. Le mécanisme de défaillance dans ces environnements humides est le même que celui observé dans les atmosphères humides, mais les effets peuvent être plus sévères.

Risques électriques en atmosphère poussiéreuse

Les poussières fines qui pénètrent dans les machines et les équipements électriques provoquent une abrasion, en particulier des pièces mobiles. Les poussières conductrices peuvent également provoquer des courts-circuits, tandis que les poussières isolantes peuvent interrompre le flux de courant et augmenter la résistance de contact. Les accumulations de poussières fines ou grossières autour des boîtiers d'équipement sont des réservoirs potentiels d'humidité et d'eau. La poussière sèche est un isolant thermique, réduisant la dispersion de la chaleur et augmentant la température locale ; cela peut endommager les circuits électriques et provoquer des incendies ou des explosions.

Des systèmes étanches et antidéflagrants doivent être installés dans les sites industriels ou agricoles où des processus poussiéreux sont effectués.

Risques électriques dans des atmosphères explosives ou sur des sites contenant des matières explosives

Les explosions, y compris celles des atmosphères contenant des gaz et poussières explosifs, peuvent être déclenchées par l'ouverture et la fermeture de circuits électriques sous tension, ou par tout autre processus transitoire capable de générer des étincelles d'une énergie suffisante.

Ce danger est présent dans des sites tels que :

  • mines et sites souterrains où les gaz, en particulier le méthane, peuvent s'accumuler
  • industries chimiques
  • locaux de stockage des batteries au plomb, où l'hydrogène peut s'accumuler
  • l'industrie alimentaire, où des poudres organiques naturelles peuvent être générées
  • l'industrie des matières synthétiques
  • la métallurgie, notamment celle de l'aluminium et du magnésium.

 

Lorsque ce danger est présent, le nombre de circuits et d'équipements électriques doit être minimisé, par exemple en retirant les moteurs électriques et les transformateurs ou en les remplaçant par des équipements pneumatiques. Les équipements électriques non démontables doivent être enfermés, pour éviter tout contact des gaz et poussières inflammables avec les étincelles, et une atmosphère de gaz inerte en surpression doit être maintenue à l'intérieur de l'enceinte. Des boîtiers antidéflagrants et des câbles électriques ignifuges doivent être utilisés là où il y a un risque d'explosion. Une gamme complète d'équipements antidéflagrants a été développée pour certaines industries à haut risque (par exemple, les industries pétrolières et chimiques).

En raison du coût élevé des équipements antidéflagrants, les usines sont généralement divisées en zones de danger électrique. Dans cette approche, des équipements spéciaux sont utilisés dans les zones à haut risque, tandis qu'un certain degré de risque est accepté dans d'autres. Divers critères et solutions techniques spécifiques à l'industrie ont été développés; ceux-ci impliquent généralement une combinaison de mise à la terre, de séparation des composants et d'installation de barrières de zonage.

Liaison équipotentielle

Si tous les conducteurs, y compris la terre, qui peuvent être touchés simultanément étaient au même potentiel, il n'y aurait aucun danger pour l'homme. Les systèmes de liaison équipotentielle sont une tentative pour atteindre cette condition idéale (Andreoni et Castagna 1983 ; Lee, Cravalho et Burke 1992).

Dans la liaison équipotentielle, chaque conducteur exposé d'un équipement électrique de non-transmission et chaque conducteur étranger accessible sur le même site sont connectés à un conducteur de protection mis à la terre. Il convient de rappeler que si les conducteurs des équipements autres que de transmission sont morts pendant le fonctionnement normal, ils peuvent devenir sous tension suite à une défaillance de l'isolation. En diminuant la tension de contact, la liaison équipotentielle empêche les composants métalliques d'atteindre des tensions dangereuses pour les personnes et les équipements.

En pratique, il peut s'avérer nécessaire de raccorder une même machine au réseau d'équipotentialité en plusieurs points. Les zones de mauvais contact, dues par exemple à la présence d'isolants tels que des lubrifiants et de la peinture, doivent être soigneusement identifiées. De même, il est recommandé de raccorder toutes les canalisations de service locales et externes (par exemple, eau, gaz et chauffage) au réseau d'équipotentialité.

Sens des Réalités

Dans la plupart des cas, il est nécessaire de minimiser la chute de tension entre les conducteurs de l'installation et la terre. Ceci est accompli en connectant les conducteurs à un conducteur de protection mis à la terre.

Il existe deux types de prises de terre :

  • des terres fonctionnelles - par exemple, la mise à la terre du conducteur neutre d'un système triphasé ou du point médian de la bobine secondaire d'un transformateur
  • des terres de protection, par exemple la mise à la terre de chaque conducteur d'un équipement. L'objet de ce type de mise à la terre est de minimiser les tensions des conducteurs en créant un cheminement préférentiel pour les courants de défaut, notamment ceux susceptibles d'affecter l'homme.

 

Dans des conditions de fonctionnement normales, aucun courant ne circule dans les connexions à la terre. En cas d'activation accidentelle du circuit, cependant, le courant circulant dans la connexion de mise à la terre à faible résistance est suffisamment élevé pour faire fondre le fusible ou les conducteurs non mis à la terre.

La tension de défaut maximale dans les réseaux équipotentiels autorisée par la plupart des normes est de 50 V pour les environnements secs, 25 V pour les environnements mouillés ou humides et 12 V pour les laboratoires médicaux et autres environnements à haut risque. Bien que ces valeurs ne soient que des lignes directrices, il convient de souligner la nécessité d'assurer un ancrage adéquat dans les lieux de travail, les espaces publics et surtout les résidences.

L'efficacité de la mise à la terre dépend principalement de l'existence de courants de fuite à la terre élevés et stables, mais aussi d'un couplage galvanique adéquat du réseau équipotentiel, et du diamètre des conducteurs menant au réseau. En raison de l'importance des fuites au sol, elles doivent être évaluées avec une grande précision.

Les liaisons à la terre doivent être aussi fiables que les réseaux équipotentiels et leur bon fonctionnement doit être vérifié régulièrement.

Lorsque la résistance de terre augmente, le potentiel du conducteur de mise à la terre et de la terre autour du conducteur se rapproche de celui du circuit électrique ; dans le cas de la terre autour du conducteur, le potentiel généré est inversement proportionnel à la distance au conducteur. Afin d'éviter des tensions de pas dangereuses, les conducteurs de terre doivent être correctement blindés et enfoncés dans le sol à des profondeurs adéquates.

Comme alternative à la mise à la terre des équipements, les normes autorisent l'utilisation d'équipements à double isolation. Cet équipement, recommandé pour une utilisation en milieu résidentiel, minimise les risques de défaillance de l'isolation en fournissant deux systèmes d'isolation distincts. On ne peut pas compter sur un équipement à double isolation pour se protéger de manière adéquate contre les défaillances d'interface telles que celles associées aux prises desserrées mais sous tension, car les normes de prise et de prise murale de certains pays ne traitent pas de l'utilisation de ces prises.

Disjoncteurs

La méthode la plus sûre pour réduire les risques électriques pour les personnes et les équipements consiste à minimiser la durée de l'augmentation du courant et de la tension de défaut, idéalement avant même que l'énergie électrique n'ait commencé à augmenter. Les systèmes de protection des équipements électriques intègrent généralement trois relais : un relais différentiel pour protéger contre les défaillances vers la terre, un relais magnétique et un relais thermique pour protéger contre les surcharges et les courts-circuits.

Dans les disjoncteurs différentiels, les conducteurs du circuit sont enroulés autour d'un anneau qui détecte la somme vectorielle des courants entrant et sortant de l'équipement à protéger. La somme vectorielle est égale à zéro en fonctionnement normal, mais égale au courant de fuite en cas de panne. Lorsque le courant de fuite atteint le seuil du disjoncteur, le disjoncteur est déclenché. Les disjoncteurs différentiels peuvent être déclenchés par des courants aussi faibles que 30 mA, avec des latences aussi faibles que 30 ms.

Le courant maximal pouvant être transporté en toute sécurité par un conducteur est fonction de sa section transversale, de son isolation et de son installation. Une surchauffe se produira si la charge maximale de sécurité est dépassée ou si la dissipation de chaleur est limitée. Les dispositifs de surintensité tels que les fusibles et les disjoncteurs magnétothermiques coupent automatiquement le circuit en cas de flux de courant excessif, de défauts à la terre, de surcharge ou de courts-circuits. Les dispositifs de surintensité doivent interrompre le flux de courant lorsqu'il dépasse la capacité du conducteur.

La sélection d'équipements de protection capables de protéger à la fois les personnes et les équipements est l'un des enjeux les plus importants dans la gestion des installations électriques et doit tenir compte non seulement de l'intensité admissible des conducteurs, mais également des caractéristiques des circuits et des équipements connectés à les.

Des fusibles ou des disjoncteurs spéciaux de grande capacité doivent être utilisés sur les circuits transportant des charges de courant très élevées.

Fusibles

Plusieurs types de fusibles sont disponibles, chacun conçu pour une application spécifique. L'utilisation du mauvais type de fusible ou d'un fusible de mauvaise capacité peut provoquer des blessures et endommager l'équipement. Une surfusion entraîne fréquemment une surchauffe du câblage ou de l'équipement, ce qui peut à son tour provoquer des incendies.

Avant de remplacer les fusibles, verrouillez, étiquetez et testez le circuit pour vérifier que le circuit est mort. Les tests peuvent sauver des vies. Ensuite, identifiez la cause de tout court-circuit ou surcharge et remplacez les fusibles grillés par des fusibles du même type et de la même capacité. N'insérez jamais de fusibles dans un circuit sous tension.

Disjoncteurs

Bien que les disjoncteurs soient utilisés depuis longtemps dans les circuits à haute tension avec de grandes capacités de courant, ils sont de plus en plus utilisés dans de nombreux autres types de circuits. De nombreux types sont disponibles, offrant un choix de déclenchement immédiat et différé et de fonctionnement manuel ou automatique.

Les disjoncteurs se répartissent en deux catégories générales : thermiques et magnétiques.

Les disjoncteurs thermiques réagissent uniquement à une élévation de température. Les variations de la température ambiante du disjoncteur affecteront donc le point de déclenchement du disjoncteur.

Les disjoncteurs magnétiques, en revanche, réagissent uniquement à la quantité de courant traversant le circuit. Ce type de disjoncteur est préférable lorsque de fortes fluctuations de température nécessitent une surpuissance du disjoncteur ou lorsque le disjoncteur est fréquemment déclenché.

En cas de contact avec des lignes transportant des charges de courant élevées, les circuits de protection ne peuvent pas empêcher les blessures corporelles ou les dommages matériels, car ils sont conçus uniquement pour protéger les lignes électriques et les systèmes contre les excès de courant causés par les défauts.

En raison de la résistance du contact avec la terre, le courant traversant un objet contactant simultanément la ligne et la terre sera généralement inférieur au courant de déclenchement. Les courants de défaut traversant les humains peuvent être encore réduits par la résistance du corps au point où ils ne déclenchent pas le disjoncteur et sont donc extrêmement dangereux. Il est pratiquement impossible de concevoir un système d'alimentation qui empêcherait les blessures ou les dommages à tout objet qui perturbe les lignes électriques tout en restant un système de transmission d'énergie utile, car les seuils de déclenchement des dispositifs de protection de circuit concernés sont bien au-dessus du niveau de danger humain.

Normes et réglementations

Le cadre des normes et réglementations internationales est illustré à la figure 1 (Winckler 1994). Les lignes correspondent à la portée géographique des normes, soit mondiale (internationale), continentale (régionale) ou nationale, tandis que les colonnes correspondent aux domaines d'application des normes. La CEI et l'Organisation internationale de normalisation (ISO) partagent toutes deux une structure faîtière, le Groupe conjoint de coordination des présidents (JPCG); l'équivalent européen est le Joint Presidents Group (JPG).

Figure 1. Le cadre des normes et réglementations internationales

ELE040F1

Chaque organisme de normalisation tient des réunions internationales régulières. La composition des différentes instances reflète l'évolution de la normalisation.

La Comité européen de normalisation électrotechnique (CENELEC) a été créé par les comités de génie électrique des pays signataires du traité de Rome de 1957 instituant la Communauté économique européenne. Les six membres fondateurs ont ensuite été rejoints par les membres de l'Association européenne de libre-échange (AELE) et le CENELEC dans sa forme actuelle date du 13 février 1972.

Contrairement à la Commission électrotechnique internationale (CEI), le CENELEC se concentre sur la mise en œuvre des normes internationales dans les pays membres plutôt que sur la création de nouvelles normes. Il est particulièrement important de rappeler que si l'adoption des normes CEI par les pays membres est volontaire, l'adoption des normes et réglementations CENELEC est obligatoire dans l'Union européenne. Plus de 90 % des normes CENELEC sont dérivées des normes CEI et plus de 70 % d'entre elles sont identiques. L'influence du CENELEC a également suscité l'intérêt des pays d'Europe de l'Est, dont la plupart sont devenus membres affiliés en 1991.

L'Association internationale pour les essais et les matériaux, le précurseur de l'ISO, comme on l'appelle aujourd'hui, a été fondée en 1886 et a été active jusqu'à la Première Guerre mondiale, après quoi elle a cessé de fonctionner en tant qu'association internationale. Certaines organisations nationales, comme l'American Society for Testing and Materials (ASTM), ont survécu. En 1926, l'International Standards Association (ISA) a été fondée à New York et a été active jusqu'à la Seconde Guerre mondiale. L'ISA a été remplacée en 1946 par l'ISO, qui est responsable de tous les domaines à l'exception de l'électrotechnique et des télécommunications. Le Comité européen de normalisation (CEN) est l'équivalent européen de l'ISO et a la même fonction que le CENELEC, bien que seulement 40% des normes CEN soient dérivées des normes ISO.

La vague actuelle de consolidation économique internationale crée un besoin de bases de données techniques communes dans le domaine de la normalisation. Ce processus est actuellement en cours dans plusieurs parties du monde et il est probable que de nouveaux organismes de normalisation se développeront en dehors de l'Europe. CANENA est un organisme régional de normalisation créé par les pays de l'Accord de libre-échange nord-américain (ALENA) (Canada, Mexique et États-Unis). Le câblage des locaux aux États-Unis est régi par le National Electrical Code, ANSI/NFPA 70-1996. Ce code est également utilisé dans plusieurs autres pays d'Amérique du Nord et du Sud. Il fournit des exigences d'installation pour les installations de câblage des locaux au-delà du point de connexion au système de distribution d'électricité. Il couvre l'installation de conducteurs électriques et d'équipements à l'intérieur ou sur des bâtiments publics et privés, y compris les mobil-homes, les véhicules de loisirs et les bâtiments flottants, les parcs à bestiaux, les carnavals, les parkings et autres terrains, et les sous-stations industrielles. Elle ne couvre pas les installations à bord de navires ou d'embarcations autres que les bâtiments flottants — arrêt roulant ferroviaire, aéronefs ou véhicules automobiles. Le Code national de l'électricité ne s'applique pas non plus aux autres domaines qui sont normalement réglementés par le Code national de la sécurité électrique, tels que les installations d'équipements de communication et les installations électriques.

Normes européennes et américaines pour l'exploitation des installations électriques

La norme européenne EN 50110-1, Exploitation des installations électriques (1994a) préparé par le CENELEC Task Force 63-3, est le document de base qui s'applique à l'exploitation et aux activités de travail sur, avec ou à proximité des installations électriques. La norme fixe les exigences minimales pour tous les pays CENELEC ; des normes nationales supplémentaires sont décrites dans des sous-parties distinctes de la norme (EN 50110-2).

La norme s'applique aux installations conçues pour la production, la transmission, la conversion, la distribution et l'utilisation de l'énergie électrique et fonctionnant à des niveaux de tension couramment rencontrés. Bien que les installations typiques fonctionnent à basse tension, la norme s'applique également aux installations à très basse et haute tension. Les installations peuvent être permanentes et fixes (par exemple, des installations de distribution dans des usines ou des complexes de bureaux) ou mobiles.

Les procédures d'exploitation et de maintenance sûres pour les travaux sur ou à proximité des installations électriques sont définies dans la norme. Les activités de travail applicables comprennent les travaux non électriques tels que la construction à proximité de lignes aériennes ou de câbles souterrains, en plus de tous les types de travaux électriques. Certaines installations électriques, comme celles à bord des avions et des navires, ne sont pas soumises à la norme.

La norme équivalente aux États-Unis est le National Electrical Safety Code (NESC), American National Standards Institute (1990). Le NESC s'applique aux installations et fonctions des services publics depuis le point de production d'électricité et de signaux de communication, via le réseau de transport, jusqu'au point de livraison aux installations d'un client. Certaines installations, notamment celles des mines et des navires, ne sont pas soumises au NESC. Les directives du NESC sont conçues pour assurer la sécurité des travailleurs engagés dans l'installation, l'exploitation ou la maintenance des lignes d'alimentation et de communication électriques et des équipements associés. Ces lignes directrices constituent la norme minimale acceptable pour la sécurité professionnelle et publique dans les conditions spécifiées. Le code n'est pas conçu comme une spécification de conception ou un manuel d'instructions. Formellement, le NESC doit être considéré comme un code national de sécurité applicable aux États-Unis.

Les nombreuses règles des normes européennes et américaines garantissent l'exécution en toute sécurité des travaux sur les installations électriques.

La norme européenne (1994a)

Définitions

La norme fournit des définitions uniquement pour les termes les plus courants ; de plus amples informations sont disponibles dans la Commission électrotechnique internationale (1979). Aux fins de la présente norme, l'installation électrique fait référence à tous les équipements impliqués dans la production, la transmission, la conversion, la distribution et l'utilisation de l'énergie électrique. Cela inclut toutes les sources d'énergie, y compris les batteries et les condensateurs (ENEL 1994 ; EDF-GDF 1991).

Principes de base

Fonctionnement sûr: Le principe de base d'un travail en toute sécurité sur, avec ou à proximité d'une installation électrique est la nécessité d'évaluer le risque électrique avant de commencer les travaux.

Personnel: Les meilleures règles et procédures de travail sur, avec ou à proximité d'installations électriques n'ont aucune valeur si les travailleurs ne les connaissent pas parfaitement et ne les respectent pas strictement. Tout le personnel impliqué dans des travaux sur, avec ou à proximité d'une installation électrique doit être informé des exigences de sécurité, des règles de sécurité et des politiques de l'entreprise applicables à leur travail. Lorsque le travail est long ou complexe, cette instruction doit être répétée. Les travailleurs sont tenus de se conformer à ces exigences, règles et instructions.

Organisation: Chaque installation électrique est placée sous la responsabilité de la personne désignée en charge de l'installation électrique. Dans le cas d'entreprises impliquant plusieurs installations, il est essentiel que les personnes désignées responsables de chaque installation coopèrent entre elles.

Chaque activité de travail relève de la responsabilité de la personne désignée en charge des travaux. Lorsque le travail comprend des sous-tâches, des personnes responsables de la sécurité de chaque sous-tâche seront désignées, chacune relevant du coordinateur. Une même personne peut agir à titre de personne désignée en charge des travaux et de personne désignée en charge de l'installation électrique.

La communication: Cela comprend tous les moyens de transmission d'informations entre les personnes, c'est-à-dire la parole (y compris les téléphones, la radio et la parole), l'écrit (y compris le fax) et les moyens visuels (y compris les tableaux de bord, la vidéo, les signaux et les lumières).

Une notification formelle de toutes les informations nécessaires au fonctionnement sûr de l'installation électrique, par exemple, les dispositions du réseau, l'état de l'appareillage et la position des dispositifs de sécurité, doit être donnée.

Chantier : Un espace de travail, un accès et un éclairage adéquats doivent être fournis aux installations électriques sur, avec ou à proximité desquelles des travaux doivent être effectués.

Outils, équipements et procédures : les outils, équipements et procédures doivent être conformes aux exigences des normes européennes, nationales et internationales pertinentes, lorsqu'elles existent.

Dessins et rapports : Les plans et rapports d'installation doivent être à jour et facilement disponibles.

Signalisation: Une signalisation adéquate attirant l'attention sur des dangers spécifiques doit être affichée selon les besoins lorsque l'installation est en fonctionnement et pendant tout travail.

Procédures d'utilisation normalisées

Activités opérationnelles: Les activités d'exploitation sont destinées à modifier l'état électrique d'une installation électrique. Il existe deux types :

  • opérations destinées à modifier l'état électrique d'une installation électrique, par exemple pour utiliser un équipement, connecter, déconnecter, démarrer ou arrêter une installation ou une partie d'installation pour effectuer des travaux. Ces activités peuvent être réalisées localement ou à distance.
  • le débranchement avant ou le rebranchement après le travail à mort, à effectuer par des travailleurs qualifiés ou formés.

 

Contrôles fonctionnels : Cela comprend les procédures de mesure, d'essai et d'inspection.

La mesure est définie comme l'ensemble des activités utilisées pour collecter des données physiques dans les installations électriques. La mesure doit être effectuée par des professionnels qualifiés.

Les essais comprennent toutes les activités destinées à vérifier le fonctionnement ou l'état électrique, mécanique ou thermique d'une installation électrique. Les essais doivent être effectués par des travailleurs qualifiés.

L'inspection est la vérification qu'une installation électrique est conforme aux réglementations techniques et de sécurité applicables spécifiées.

Procédures de travail

Général: La personne désignée en charge de l'installation électrique et la personne désignée en charge des travaux doivent s'assurer que les travailleurs reçoivent des instructions précises et détaillées avant le début des travaux et à leur achèvement.

Avant le début des travaux, la personne désignée en charge des travaux doit aviser la personne désignée en charge de l'installation électrique de la nature, de l'emplacement et des conséquences sur l'installation électrique des travaux envisagés. Cette notification est faite de préférence par écrit, notamment lorsque les travaux sont complexes.

Les activités de travail peuvent être divisées en trois catégories : travail à vide, travail sous tension et travail à proximité d'installations sous tension. Des mesures de protection contre les chocs électriques, les courts-circuits et les arcs électriques ont été développées pour chaque type de travaux.

Induction: Les précautions suivantes doivent être prises lors de travaux sur des lignes électriques soumises à l'induction de courant :

  • mise à la terre à des intervalles appropriés ; cela réduit le potentiel entre les conducteurs et la terre à un niveau sûr
  • la liaison équipotentielle du chantier ; ceci empêche les travailleurs de s'introduire dans la boucle d'induction.

 

Conditions météorologiques: Lorsque la foudre est vue ou le tonnerre entendu, aucun travail ne doit être commencé ou poursuivi sur les installations extérieures ou sur les installations intérieures directement connectées aux lignes aériennes.

Travail mort

Les pratiques de travail de base suivantes assureront que les installations électriques du chantier restent hors tension pendant toute la durée des travaux. Sauf contre-indications claires, les pratiques doivent être appliquées dans l'ordre indiqué.

Déconnexion complète : La section de l'installation dans laquelle les travaux doivent être exécutés doit être isolée de toutes les sources d'alimentation en courant et sécurisée contre tout rebranchement.

Sécurisation contre la reconnexion : Tous les dispositifs de coupure utilisés pour isoler l'installation électrique pour les travaux doivent être consignés, de préférence en verrouillant le mécanisme de commande.

Vérification que l'installation est morte : L'absence de courant doit être vérifiée à tous les pôles de l'installation électrique sur ou aussi près que possible du chantier.

Mise à la terre et court-circuit : Sur tous les chantiers à haute tension et certains chantiers à basse tension, toutes les pièces à travailler doivent être mises à la terre et court-circuitées après avoir été déconnectées. Les systèmes de mise à la terre et de court-circuit doivent être connectés à la terre en premier ; les composants à mettre à la terre doivent être connectés au système uniquement après sa mise à la terre. Dans la mesure du possible, les systèmes de mise à la terre et de court-circuit doivent être visibles depuis le chantier. Les installations basse et haute tension ont leurs propres exigences spécifiques. Dans ces types d'installation, tous les côtés des chantiers et tous les conducteurs entrant sur le site doivent être mis à la terre et court-circuités.

Protection contre les pièces sous tension adjacentes : Des mesures de protection supplémentaires sont nécessaires si des parties d'une installation électrique à proximité du chantier ne peuvent pas être mises hors tension. Les travailleurs ne doivent pas commencer les travaux avant d'avoir reçu l'autorisation de le faire de la personne désignée en charge des travaux, qui à son tour doit recevoir l'autorisation de la personne désignée en charge de l'installation électrique. Une fois les travaux terminés, les travailleurs doivent quitter le chantier, les outils et équipements doivent être entreposés et les systèmes de mise à la terre et de court-circuit retirés. La personne désignée en charge des travaux doit alors aviser la personne désignée en charge de l'installation électrique que l'installation est disponible pour le rebranchement.

Travail sous tension

Général: Les travaux sous tension sont des travaux effectués à l'intérieur d'une zone où circule du courant. Des indications pour les dimensions de la zone de travail sous tension peuvent être trouvées dans la norme EN 50179. Des mesures de protection conçues pour éviter les chocs électriques, les arcs électriques et les courts-circuits doivent être appliquées.

Formation et qualification : Des programmes de formation spécifiques doivent être établis pour développer et maintenir la capacité des travailleurs qualifiés ou formés à effectuer des travaux sous tension. Après avoir terminé le programme, les travailleurs recevront une cote de qualification et l'autorisation d'effectuer des travaux sous tension spécifiques sur des tensions spécifiques.

Maintien des qualifications : L'aptitude à effectuer des travaux sous tension doit être maintenue soit par la pratique, soit par une nouvelle formation.

Techniques de travail : Actuellement, il existe trois techniques reconnues, qui se distinguent par leur applicabilité à différents types de pièces sous tension et les équipements nécessaires pour prévenir les chocs électriques, les arcs électriques et les courts-circuits :

  • travail à chaud
  • travail avec des gants isolants
  • travail à mains nues.

 

Chaque technique nécessite une préparation, un équipement et des outils différents, et la sélection de la technique la plus appropriée dépendra des caractéristiques du travail en question.

Outils et équipement: Les caractéristiques, le stockage, l'entretien, le transport et l'inspection des outils, équipements et systèmes doivent être spécifiés.

Conditions météorologiques: Des restrictions s'appliquent au travail sous tension dans des conditions météorologiques défavorables, car les propriétés isolantes, la visibilité et la mobilité des travailleurs sont toutes réduites.

Organisation du travail : Le travail doit être adéquatement préparé; une préparation écrite doit être soumise à l'avance pour les travaux complexes. L'installation en général, et la section où les travaux doivent être exécutés en particulier, doivent être maintenues dans un état compatible avec la préparation requise. La personne désignée responsable du contrôle des travaux doit informer la personne désignée responsable du contrôle de l'installation électrique de la nature des travaux, du site de l'installation où les travaux seront exécutés et de la durée estimée des travaux. Avant le début des travaux, les travailleurs doivent se faire expliquer la nature du travail, les mesures de sécurité pertinentes, le rôle de chaque travailleur et les outils et équipements à utiliser.

Des pratiques spécifiques existent pour les installations à très basse tension, basse tension et haute tension.

Travail à proximité de pièces sous tension

Général: Les travaux à proximité de pièces sous tension avec des tensions nominales supérieures à 50 VAC ou 120 VDC ne doivent être effectués que lorsque des mesures de sécurité ont été appliquées pour s'assurer que les pièces sous tension ne peuvent pas être touchées ou que la zone sous tension ne peut pas être pénétrée. Des écrans, des barrières, des enceintes ou des revêtements isolants peuvent être utilisés à cet effet.

Avant le début des travaux, la personne désignée en charge des travaux instruit les travailleurs, notamment ceux qui ne sont pas familiarisés avec les travaux à proximité des parties sous tension, sur les distances de sécurité à respecter sur le chantier, les principales mesures de sécurité à suivre et les nécessité d'un comportement qui assure la sécurité de toute l'équipe de travail. Les limites du chantier doivent être définies et marquées avec précision et l'attention doit être attirée sur les conditions de travail inhabituelles. Ces informations doivent être répétées en tant que de besoin, notamment après des modifications des conditions de travail.

Les travailleurs doivent s'assurer qu'aucune partie de leur corps ni aucun objet ne pénètre dans la zone sous tension. Des précautions particulières doivent être prises lors de la manipulation d'objets longs, par exemple, des outils, des extrémités de câbles, des tuyaux et des échelles.

Protection par écrans, barrières, enceintes ou revêtements isolants : La sélection et l'installation de ces dispositifs de protection doivent garantir une protection suffisante contre les contraintes électriques et mécaniques prévisibles. L'équipement doit être convenablement entretenu et maintenu en sécurité pendant les travaux.

Entretien

Général: La maintenance a pour but de maintenir l'installation électrique dans l'état requis. L'entretien peut être préventif (c'est-à-dire effectué régulièrement pour prévenir les pannes et maintenir l'équipement en état de marche) ou correctif (c'est-à-dire effectué pour remplacer les pièces défectueuses).

Les travaux de maintenance peuvent être divisés en deux catégories de risques :

  • travaux comportant un risque de choc électrique, pour lesquels les procédures applicables aux travaux sous tension et aux travaux à proximité de pièces sous tension doivent être suivies
  • travail où la conception de l'équipement permet d'effectuer certains travaux de maintenance en l'absence de procédures complètes de travail sous tension

 

Personnel: Le personnel chargé d'effectuer les travaux doit être suffisamment qualifié ou formé et doit disposer d'outils et d'appareils de mesure et d'essai appropriés.

Travaux de réparation : Le travail de réparation comprend les étapes suivantes : localisation du défaut ; dépannage et/ou remplacement de composants ; remise en service de la partie réparée de l'installation. Chacune de ces étapes peut nécessiter des procédures spécifiques.

Travaux de remplacement : En général, le remplacement des fusibles dans les installations à haute tension doit être effectué comme un travail à vide. Le remplacement des fusibles doit être effectué par des travailleurs qualifiés suivant les procédures de travail appropriées. Le remplacement des lampes et des pièces amovibles telles que les démarreurs doit être effectué comme un travail mort. Dans les installations à haute tension, les procédures de réparation s'appliquent également aux travaux de remplacement.

Formation du personnel sur les risques électriques

Une organisation du travail efficace et une formation à la sécurité sont un élément clé de la réussite de toute organisation, programme de prévention et programme de santé et de sécurité au travail. Les travailleurs doivent avoir une formation adéquate pour faire leur travail de façon sécuritaire et efficace.

La responsabilité de la mise en œuvre de la formation des employés incombe à la direction. La direction doit reconnaître que les employés doivent performer à un certain niveau avant que l'organisation puisse atteindre ses objectifs. Pour atteindre ces niveaux, des politiques de formation des travailleurs et, par extension, des programmes concrets de formation doivent être mis en place. Les programmes doivent inclure des phases de formation et de qualification.

Les programmes de travail sous tension devraient inclure les éléments suivants :

La formation Dans certains pays, les programmes et les installations de formation doivent être officiellement approuvés par un comité de travail sous tension ou un organisme similaire. Les programmes sont basés principalement sur une expérience pratique, complétée par une instruction technique. La formation prend la forme de travaux pratiques sur des installations modèles intérieures ou extérieures similaires à celles sur lesquelles des travaux réels doivent être effectués.

Qualifications : Les procédures de travail sous tension sont très exigeantes et il est essentiel d'utiliser la bonne personne au bon endroit. Ceci est plus facile à réaliser si du personnel qualifié de différents niveaux de compétence est disponible. La personne désignée en charge des travaux doit être un ouvrier qualifié. Lorsqu'une surveillance est nécessaire, elle doit également être effectuée par une personne qualifiée. Les travailleurs ne doivent travailler que sur des installations dont la tension et la complexité correspondent à leur niveau de qualification ou de formation. Dans certains pays, la qualification est régie par des normes nationales.

Enfin, les travailleurs doivent être instruits et formés aux techniques essentielles de sauvetage. Le lecteur est renvoyé au chapitre sur les premiers secours pour plus d'informations.

 

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