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Post-Bac
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Sécurité électrique

Sécurité électrique
Généralités et définition

Définition

Électrotechnique
Utilisation technique de l'électricité, en tant que support d'énergie ou support d'information.

Textes règlementaires et normes

  • organisme de normalisation :
  • mondial : CEI (Comission Electrotechnique International
  • européen : CENELEC (Comité Européen de Normalisation en Électricité)
  • français : UTE (Union Technique de l'Électricité) et AFNOR (Association Française de Normalisation)


  • textes législatifs : fixent les objectifs
  • lois

–> décrets, arrêtés, circulaires, notes techniques, fiches techniques, avis


  • textes normatifs : apportent des solutions
  • Ministère de lIndustrie et de la Recherche
  • commissariat à la normalisation
  • AFNOR
  • bureaux de normalisation
  • électricité-UTE


  • code du travail :
  • décret du 14 novembre 1988
  • mise en oeuvre des installations électriques
  • utilisation et exploitation des installations électriques


  • normes de réalisation :
  • NF C 15-100 : installations électriques à basse tension
  • NF C 13-100 : postes de livraison
  • NF C 14-100 : installations de branchement (basse tension)


  • normes de conception :
  • NF C 20-010 : classification des degrés de protection
  • NF C 20-030 : protection contre les chocs électriques
  • NF C 71-008 : baladeuses
Lois fondamentales
  • propriétés globales ou macroscopiques des phénomènes liés à l'électron libre

Définition

Électrostatique
Régit les propriétés des charges au repos.
Électrocinétique
Décrit les propriétés des charges en mouvement, ou courant en régime continu.
Électromagnétisme
Analyse les propriétés des courants variables ou alternatifs.

L'électromagnétisme

  • peut se décomposer en 3 catégories :
  • domaine des fréquences industrielles
  • inférieur à 1kHz


  • domaine des fréquences moyennes
  • 1 kHz - 1 MHz


  • domaine des hautes fréquences
  • supérieur à 1 MHz


Électricité statique

  • 2 corps qui s'électrisent par frottement
  • 2 corps porteurs de charges de même signe se repoussent
  • 2 corps porteurs de charges de signe opposé s'attirent

–> phénomène lié à un transfert d'électrons


Charges électrostatiques

  • quantité d'électricité statique
  • symbole : q
  • unité : Coulomb (C)
  • 1 C = 1 As (Ampère secondes)


Forces électrostatiques

  • loi de Coulomb



  • F : amplitude de la force
  • q et q' : charges des corps
  • d : distance entre les 2 corps
  • ε =8.85416 10-12 F/m
  • propriétés électriques du milieu


  • permittivité relative εr : ε = ε0.εr


Charge d'un électron


  • n : nombre d'électrons
  • e : charge électrique élémentaire
  • e = 1,602.10-19 C


Gravitation universelle


  • G : constante gravitationnelle
  • G = 6,673.10-11 Nm2/kg2
  • Fg : force d'attraction


Conclusion :

La force gravitationnelle est négligeable par rapport à la force de répulsion électrostatique.


Champ électrique



Différence de potentiel électrique



Potentiel créé par une charge ponctuelle

  • dans le vide, le champ électrique créé par une charge ponctuelle est radial
  • son module ne dépend que de la distance r à sa charge


Tension électrique


Propriétés du potentiel électrique

  • potentiel lié à un ensemble de k charges ponctuelles



  • potentiel résultant en fonction des composantes du champ électrique dans un référentiel cartésien



  • composantes du champs électrique




Énergie électrostatique

  • énergie mécanique ou travail



  • elle est indépendante au chemin parcouru


Déplacement ou induction électrique


Théorème de Gauss



  • dA : un élément de la surface de la sphère
Courant électrique : loi d'Ohm, de Joule et de Kirchhoff

Courant électrique

  • correspond au débit de charges s'écoulant dans le conducteur


Conducteur

  • milieu qui contient des électrons libres
  • l'ensemble des charges portées par ces électrons se déplacent parallèlement aux parois du conducteur


Densité du courant


  • J est une grandeur vectorielle dont le sens et la direction sont définis par le trajet des charges dans le conducteur
  • le courant devient :


Puissance électrique

  • énergie liée au transfert d'une charge q d'un point A à un point B :


  • puissance électrique correspondante :


Propriété : perte Joule

  • puissance :


  • énergie thermique :


Résistance électrique


  • l : longueur du conducteur
  • A : section du conducteur
  • ρ : nature du conducteur


Conductivité électrique d'un matériau


  • ρ : résistivité


Loi d'Ohm



Définition

Nœud n
Point de convergence de 3 conducteurs ou plus.
Branche b
Regroupe les éléments situés entre 2 nœuds et traversés par le même courant.
Maille m
Formée d'un ensemble de branches parcourues en partant d'un nœud pour y revenir, sans passer 2 fois par la même branche.

Loi de Kirchhoff

  • pour les nœuds :
  • conservation des courants au niveau d'un nœud



  • pour les mailles



Rappels

  • récepteur : flèches tension et courant en sens inverse
  • générateur : flèches tension et courant dans le même sens


Circuits élémentaires

  • résistance pure


  • inductance pure


  • capacité pure



Association des dipôles

  • en série :
  • le même courant i(t) traverse les dipôles
  • les dipôles sont soumis à des tensions différentes


  • cas des résistances pures montées


  • cas des inductances pures


  • capacité pure


  • en parallèle :
  • la même tension v(t) aux bornes des différents dipôles
  • les dipôles sont traversés par des courants généralement différents
  • loi des nœuds :





  • cas des résistances pures


  • cas des inductances pures


  • capacité pure


  • diviseur de tension


  • diviseur de courant



  • théorème de Kennely



Méthode d'analyse des circuits

  • méthode des courants de branche
  • 5 équations, 5 inconnues


  • méthode des courants de maille
  • 3 équations, 3 inconnues
  • matrice et déterminant


Méthode de réduction d'un réseau

  • principe de superposition
  • on considère que les sources agissent seule à la fois et on peut ainsi superposer leurs effets
  • exemple diapo 45


  • théorème de Thévenin et de Norton
  • tout circuit électrique complexe muni de générateurs et de récepteurs peut être réduit
  • en un générateur de tension VTh et de sa résistance interne RTh vue des bornes A et B (théorème de Thévenin)
  • ou en un générateur de courant IN et de sa résistance interne RN vue des bornes A et B (théorème de Norton)








Circuits en régime sinusoïdal monophasé

Définition

Périodique
Une tension U est périodique si sa valeur instantanée U(t) est : U(t) = U(t+T). T est une période 1/T est une fréquence
Alternative
Une tension U est alternative, si U est positive puis négative ou inversement (changement de signe).
Alternative positive
Lorsque U est positif.
Alternative négatif
Lorsque U est négatif.
Grandeurs sinusoïdales
La tension U est sinusoïdale et a pour expression : U(t) = Um.cos(𝜔𝑡 + 𝜑). Avec Um l'amplitude, 𝜔 la pulsation égale à 2𝜋𝑓, 𝜑 la phase initiale et 𝜔𝑡 + 𝜑 la phase instantanée.
  • valeur efficace
  • caractérise la valeur périodique



  • propriétés des grandeurs sinusoïdales
  • addition est soustraction
  • dérivation et intégration
  • dériver revient à multiplier la valeur par 𝜔 et à avancer de 𝜋/2
  • intégrer revient à diviser par 𝜔 et à reculer de 𝜋/2


Définition

Circuit linéaire
Un circuit est linéaire si les valeurs des résistances (R), des inductances (L) et des capacités (C) sont indépendantes du courant qui les traverse ou de la tension à leurs bornes.

Impédance

  • rapport entre la valeur efficace de la tension et celle du courant :


  • impédance complexe :




  • en régime sinusoïdale :
  • module de l'impédance


  • argument de l'impédance



Puissance

  • puissance instantanée p(t)



  • u(t) la tension et i(t) le courant


  • puissance active P



  • en régime sinuspoïdal



  • puissance apparente S


  • en régime sinusoïdal


  • puissance réactive Q



  • triangle de puissances




  • conservation de la puissance active et réactive (théorème de Boucherot)
  • les puissances réactives s'ajoutent
  • les puissances actives s'ajoutent
  • les puissances apparentes ne s'ajoutent pas


  • impédance en série
  • impédance en parallèle


  • amélioration du facteur de puissance
  • on place un condensateur en parallèle avec l'installation
  • Q la puissance réactive de l'installation
  • 𝜑 le déphasage de la tension par rapport à l'intensité Ue
  • Ue la valeur efficace de la tension
  • Q' la puissance réactive
  • 𝜑' le déphasage






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