Chemin actuel de choc

Comme nous l'avons déjà appris, l'électricité nécessite un chemin complet (circuit) pour circuler en continu. C'est pourquoi le choc reçu de l'électricité statique n'est qu'une secousse momentanée :le passage du courant est nécessairement bref lorsque les charges statiques s'égalisent entre deux objets. Les chocs d'une durée limitée comme celui-ci sont rarement dangereux.

Sans deux points de contact sur le corps pour que le courant entre et sorte, respectivement, il n'y a aucun risque de choc. C'est pourquoi les oiseaux peuvent se reposer en toute sécurité sur les lignes électriques à haute tension sans être choqués :ils n'entrent en contact avec le circuit qu'en un seul point.

Pour que le courant circule dans un conducteur, il doit y avoir une tension présente pour le motiver. La tension, rappelons-le, est toujours relative entre deux points . Il n'y a pas de tension « sur » ou « en » en un seul point du circuit, et donc l'oiseau en contact avec un seul point du circuit ci-dessus n'a pas de tension appliquée à travers son corps pour établir un courant à travers lui.

Oui, même s'ils reposent sur deux pieds, les deux pieds touchent le même fil, ce qui les rend électriquement communs . Électriquement parlant, les deux pattes de l'oiseau touchent le même point, il n'y a donc pas de tension entre elles pour motiver le courant à travers le corps de l'oiseau.

Cela pourrait laisser croire qu'il est impossible d'être choqué par l'électricité en ne touchant qu'un seul fil. Comme les oiseaux, si nous sommes sûrs de ne toucher qu'un fil à la fois, nous serons en sécurité, non ? Malheureusement, ce n'est pas correct. Contrairement aux oiseaux, les gens se tiennent généralement sur le sol lorsqu'ils entrent en contact avec un fil « sous tension ».

Plusieurs fois, un côté d'un système d'alimentation sera intentionnellement connecté à la terre, et donc la personne touchant un seul fil établit en fait un contact entre deux points du circuit (le fil et la terre) :

Le symbole au sol est cet ensemble de trois barres horizontales de largeur décroissante situées en bas à gauche du circuit illustré, ainsi qu'au pied de la personne choquée. Dans la vraie vie, la terre du système d'alimentation consiste en une sorte de conducteur métallique enfoui profondément dans le sol pour établir un contact maximal avec la terre.

Ce conducteur est connecté électriquement à un point de connexion approprié sur le circuit avec un fil épais. La connexion à la terre de la victime se fait par ses pieds, qui touchent la terre.

Quelques questions se posent généralement à ce stade dans l'esprit de l'étudiant :

• Si la présence d'un point de masse dans le circuit fournit un point de contact facile pour que quelqu'un soit choqué, pourquoi l'avoir dans le circuit ? Un circuit sans terre ne serait-il pas plus sûr ?
• La personne choquée n'est probablement pas pieds nus. Si le caoutchouc et le tissu sont des matériaux isolants, pourquoi leurs chaussures ne les protègent-elles pas en empêchant la formation d'un circuit ?
• À quel point un chef d'orchestre peut-il saleter être? Si vous pouvez être choqué par le courant qui traverse la terre, pourquoi ne pas utiliser la terre comme conducteur dans nos circuits électriques ?

En réponse à la première question, la présence d'un point de « mise à la terre » intentionnel dans un circuit électrique est destinée à garantir qu'un côté de celui-ci est sûr d'entrer en contact avec. Notez que si notre victime dans le diagramme ci-dessus touchait le côté inférieur de la résistance, rien ne se passerait même si ses pieds seraient toujours en contact avec le sol :

Étant donné que le côté inférieur du circuit est fermement connecté à la terre via le point de mise à la terre situé en bas à gauche du circuit, le conducteur inférieur du circuit est rendu électriquement commun avec terre. Puisqu'il ne peut y avoir de tension entre les points électriques communs, il n'y aura pas de tension appliquée à travers la personne en contact avec le fil inférieur, et ils ne recevront pas de choc.

Pour la même raison, le fil reliant le circuit à la tige/aux plaques de mise à la terre est généralement laissé nu (pas d'isolation), de sorte que tout objet métallique contre lequel il se frotte sera également électriquement commun avec la terre.

La mise à la terre du circuit garantit qu'au moins un point du circuit peut être touché en toute sécurité. Mais qu'en est-il de laisser un circuit complètement sans terre ? Cela ne rendrait-il pas toute personne touchant un seul fil aussi sûre que l'oiseau assis sur un seul ? Idéalement, oui. Pratiquement, non. Observez ce qui se passe sans aucun terrain :

Bien que les pieds de la personne soient toujours en contact avec le sol, tout point du circuit doit pouvoir être touché en toute sécurité. Puisqu'il n'y a pas de chemin complet (circuit) formé à travers le corps de la personne depuis le bas de la source de tension vers le haut, il n'y a aucun moyen d'établir un courant à travers la personne.

Cependant, tout cela pourrait changer avec une mise à la terre accidentelle, telle qu'une branche d'arbre touchant une ligne électrique et fournissant la connexion à la terre :

Une telle connexion accidentelle entre un conducteur du système d'alimentation et la terre (masse) est appelée un défaut à la terre .

Défauts à la terre

Les défauts à la terre peuvent être causés par de nombreux facteurs, notamment l'accumulation de saleté sur les isolateurs de lignes électriques (créant un chemin d'eau sale pour le courant du conducteur au poteau et au sol, lorsqu'il pleut), l'infiltration d'eau souterraine dans les conducteurs de lignes électriques enterrés, et les oiseaux atterrissant sur les lignes électriques, reliant la ligne au poteau avec leurs ailes.

Compte tenu des nombreuses causes de défauts à la terre, ils ont tendance à être imprévisibles. Dans le cas des arbres, personne ne peut garantir quel fil leurs branches pourraient se toucher. Si un arbre frôlait le fil supérieur du circuit, cela rendrait le fil supérieur sûr à toucher et le fil inférieur dangereux, juste à l'opposé du scénario précédent où l'arbre entre en contact avec le fil inférieur :

Avec une branche d'arbre en contact avec le fil supérieur, ce fil devient le conducteur mis à la terre dans le circuit, électriquement commun avec la terre. Par conséquent, il n'y a pas de tension entre ce fil et la terre, mais une tension maximale (élevée) entre le fil inférieur et la terre.

Comme mentionné précédemment, les branches d'arbre ne sont qu'une source potentielle de défauts à la terre dans un système électrique. Considérez un système d'alimentation sans mise à la terre sans arbres en contact, mais cette fois avec deux personnes touchant des fils isolés :

Avec chaque personne debout sur le sol, en contact avec différents points du circuit, un chemin pour le courant de choc est tracé à travers une personne, à travers la terre et à travers l'autre personne. Même si chaque personne pense qu'elle est en sécurité en ne touchant qu'un seul point du circuit, leurs actions combinées créent un scénario mortel. En effet, une personne agit comme le défaut à la terre, ce qui la rend dangereuse pour l'autre personne.

C'est exactement pourquoi les systèmes d'alimentation non mis à la terre sont dangereux :la tension entre n'importe quel point du circuit et la terre (terre) est imprévisible car un défaut à la terre peut apparaître à n'importe quel point du circuit à tout moment. Le seul personnage garanti en sécurité dans ces scénarios est l'oiseau, qui n'a aucun lien avec la terre !

En connectant fermement un point désigné du circuit à la terre (« mise à la terre » du circuit), au moins la sécurité peut être assurée à ce point. C'est plus une assurance de sécurité que de n'avoir aucune connexion à la terre du tout.

En réponse à la deuxième question, les chaussures à semelles en caoutchouc faites fournir en effet une certaine isolation électrique pour aider à protéger quelqu'un de conduire un courant de choc à travers ses pieds. Cependant, la plupart des conceptions de chaussures courantes ne sont pas conçues pour être « sûres d'un point de vue électrique », leurs semelles étant trop fines et pas de la bonne substance.

En outre, toute humidité, saleté ou sels conducteurs provenant de la sueur corporelle à la surface ou pénétrant à travers les semelles des chaussures compromettra le peu de valeur isolante de la chaussure au départ. Il existe des chaussures spécialement conçues pour les travaux électriques dangereux, ainsi que des tapis en caoutchouc épais conçus pour se tenir debout lors de travaux sur des circuits sous tension, mais ces équipements spéciaux doivent être dans un état absolument propre et sec pour être efficaces.

Qu'il suffise de dire que des chaussures normales ne suffisent pas à garantir la protection contre les chocs électriques d'un système d'alimentation.

Les recherches menées sur la résistance de contact entre les parties du corps humain et les points de contact (comme le sol) montrent un large éventail de chiffres (voir la fin du chapitre pour plus d'informations sur la source de ces données) :

• Contact de main ou de pied, isolé avec du caoutchouc :20 MΩ typique.
• Contact du pied à travers la semelle de chaussure en cuir (sec) :100 kΩ à 500 kΩ
• Contact du pied à travers la semelle de chaussure en cuir (mouillé) :5 kΩ à 20 kΩ

Comme vous pouvez le voir, non seulement le caoutchouc est un matériau isolant bien meilleur que le cuir, mais la présence d'eau dans une substance poreuse telle que le cuir grande réduit la résistance électrique.

Pour répondre à la troisième question, la saleté n'est pas un très bon conducteur (du moins pas lorsqu'elle est sèche !). C'est un conducteur trop pauvre pour supporter un courant continu pour alimenter une charge. Cependant, comme nous le verrons dans la section suivante, il faut très peu de courant pour blesser ou tuer un être humain, donc même la mauvaise conductivité de la saleté est suffisante pour fournir un chemin pour le courant mortel lorsqu'il y a une tension suffisante disponible, comme il est dans les systèmes d'alimentation.

Certaines surfaces au sol sont de meilleurs isolants que d'autres. L'asphalte, par exemple, étant à base d'huile, a une résistance beaucoup plus grande que la plupart des formes de saleté ou de roche. Le béton, en revanche, a tendance à avoir une résistance assez faible en raison de sa teneur intrinsèque en eau et en électrolyte (produit chimique conducteur).

AVIS :

• Un choc électrique ne peut se produire que lorsque le contact est établi entre deux points d'un circuit ; lorsqu'une tension est appliquée sur le corps d'une victime.
• Les circuits d'alimentation ont généralement un point désigné qui est « mis à la terre » : » fermement connecté à des tiges ou des plaques métalliques enfouies dans la saleté pour garantir qu'un côté du circuit est toujours au potentiel de la terre (tension nulle entre ce point et la terre) .
• Un défaut à la terre est une connexion accidentelle entre un conducteur de circuit et la terre (masse).
• Des chaussures et des tapis isolés spéciaux sont conçus pour protéger les personnes des chocs par conduction au sol, mais même ces pièces d'équipement doivent être propres et sèches pour être efficaces. Les chaussures normales ne sont pas assez bonnes pour fournir une protection contre les chocs en isolant son porteur de la terre.
• Bien que la saleté soit un mauvais conducteur, elle peut conduire suffisamment de courant pour blesser ou tuer un être humain.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les chocs électriques