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L'équipotentialité

Comme vu précédemment le meilleur moyen de s'affranchir des risques liés aux potentiels flottants, (dus à toutes les masses métalliques non référencées), consiste à relier les masses à notre référence : la terre...
Les camions citernes, avant de remplir les cuves, réalisent une liaison équipotentielle avec des raccords anti-déflagrationNotamment en bronze (ATEX) afin d'éviter toute étincelle et donc risque d'explosion ! comme schématisé ci-dessous :
Camion citerne liaison équipotentielle
Les bornes de prise de terre ou masseLa masse c'est la carcasse conductrice (métal...). Notre cuve est dans le sol : elle fait office donc à la fois de masse et de terre ! sont placées en hauteur, éloignées des vapeurs d’hydrocarbures, lourdes : au sol...

Le cas des avions !


Les avions ne peuvent réaliser de liaison avec le solA chaque atterrissage, une liaison équipotentielle est réalisée afin d'éviter tout risque pour les passagers quittant l'avion
Le volume conducteur de l'avion représente une masse bien plus importante et donc une capacité et un risque plus élevés qu'une voiture !
Sachez que les hélicoptères réalisent aussi une équipotentialité en cas atterrissage sur un porte-avion...
...
En vol, un éclair peut traverser un avion, cela n'est pas aussi dangereux que s'il était au sol !

Pourquoi ?
  • L'avion n'est pas en contact avec le sol, à l'instar des oiseaux se posant sur un fil, il peut changer de potentielLe potentiel est relatif, comme on a les pieds au sol, notre référence est le sol et on considère que c'est le 0 !
    Mais quel 0 ? Zéro par rapport à quoi ? A nous, mais le 0 de l'oiseau change tout le temps ! Il peut devenir le potentiel d'une phase lorsqu'il se pose sur un fil !
    !
  • L'avion est lui-même équipotentiel, ainsi s'il change de référence, c'est tout l'avion qui change de valeur et il n'y a pas de différence au seinLes lignards (électriciens qui travaillent au potentiel des lignes HT) sont entourés d'isolants, comme l'avion, mais se vêtissent d'une combinaison conductrice qui empêche toute différence de potentiel dans leur corps ! même de l'avion !
  • C'est donc au moment du décollage et de atterrissage qu'il existe un risque importantEn vol, même si un passager marche dans l'avion, il ne sera pas soumis aux cercles de potentiel car contrairement au sol qui est un conducteur assez moyen, l'avion est bon conducteur et donc U = R × I sera plus faible. Mais surtout, en vol, l'avion est entouré d'isolant donc I est bien plus faible qu'au sol :
    Rappelez-vous que la foudre est le seul cas où le sol, notre terre, devient une des 2 bornes du générateur et pas seulement un conducteur !
    .
L'équipotentialité est essentielle car elle rend toute ddpdifférence de potentiel (tension) est impossible !
Nous verrons à quel point cela est vrai en CEMCompatibilité Électromagnétique
Symboles de terre, masse, équipotentialité, la couleur jaune est généralement respectée...
Symboles d'équipotentialité

Îlots de masse

îlots de masse, plan de masse CEM
Lorsqu'un site est étendu ou qu'il est difficile d'assurer une bonne équipotentialité ; on regroupera les éléments par îlots. L'impédance entre masses d'un même îlot sera faible : treillis (inclus les fers à béton et éléments de structure métallique) voire plaque au besoin. Les liaisons entre îlots devront être multiples pour minimiser l'impédance.

Inductance linéique d'un conducteur

Résistance et inductance filaire linéique
En bleu, un fil de 1 mm², en vert, un fil de 35 mm².
Tout fil conducteur offre une inductance ! Si la résistance d'un fil évolue inversement de sa sectionR (Ω) = ρ × lg / section, il en va tout autrement de son impédance en alternatif du fait de son inductance intrinsèque qui reste
1 µH / mètre à cause de l'effet de peauComme le montre le graphe, 1 mm² ou 35 mm² ne changent pas grand chose à partir de quelques kHz (échelle logarithmique)
Le responsable est l'effet de peau ou effet pelliculaire. En courant alternatif, quand la fréquence augmente, le courant ne circule plus qu'en périphérie, à cause des phénomènes électromagnétiques.
Pour cette raison les fortes sections, même en 50 Hz, sont constitués de tubes creux (économie de matière et de masse) dont la cavité peut, dans des applications particulières, servir pour le circulation d'un liquide caloporteur (de refroidissement).
!
Il est donc préférable de choisir une section platePérimètre et section HF effet de peau
Ci-dessus 2 sections de 20 mm², le périmètre du plat = (10 + 2) × 2 = 24 mm
Le fil rond = π × 5.06 ≃ 16 mm ce qui offre moins de périphérie, il sera donc plus sensible à l'effet de peau, de plus son centre est à 2.503 mm (5.06 / 2) de 'profondeur' contre 1 mm (2 / 2) pour le profil plat...
, des conducteurs multibrinsSpires non jointives et en parallèle multibrins
Les spires sont non seulement pas jointives mais multibrins isolés entre eux afin de limiter l'effet de peau et l'inductance parasite
Les inductances ainsi en // diminuent (L final = L unitaire / nombre de fils)
et dans tous les cas une tresseLes tresses combinent naturellement les 2 avantages : Profil plat et Multibrins !
Tresses CEM masse zoom
.

Recroquevillez-vous lorsque la foudre guette !

Cercles de potentiel et foudre

Tension de pas :



Une légende explique le nom de 'tension de pas' comme liée aux militaires, qui marchant au pas cadencé sous l'orage, auraient été foudroyés alors qu'ils avaient les jambes en action cadencée...
Comme l'explique le dessin ci-contre, seule la personne ayant les pieds joints ne risque rien !

Origine des cercles :



Lorsque l'éclairéclair d'orage Marco se forme, la tension moyenne entre sol et nuage est de 40 MVEt oui ! 40 000 000 Volts en moyenne, avec des records dépassant les 130 MV, une intensité moyenne de 30 kA et jusqu'à 150 kA pour une durée de quelques dizaines de ms, ≃ 100 GW et jusqu'à 1 TJ (1 T = 10^12) et lorsque l'éclair se forme, brisant la rigidité diélectriqueL'opposition à la circulation du courant électrique, la faculté d'isolement....
Un air sec à une rigidité ≃ 3 MV par mètre pour ≃ 20 kV seulement juste avant la formation de l'éclair
de l'air, la tension se répartit dans l'air mais aussi au sol qui subit une 'montéeEn réalité les nuages peuvent être chargés positivement ou négativement par rapport au sol, le sens nous importera peu devant la valeur !' en potentiel qui meurt plus ou moins rapidement en fonction de la résistivité su sol... Ainsi, des 'cercles' de potentiel se forment et toute personne offrant une distance entre ses membresVoir la vache dans le pré qui à cause de la distance entre ses pattes peut décéder sans avoir été directement touchée par la foudre... C'est ainsi que des vaches, des footballeurs qui courent dans un stade... Peuvent être foudroyés par un seul impact ! D'où la légende du bataillon de militaires électrocutés pour avoir marché au pas cadencé sous l'orage... peut être électrocutée...
Par là même, il vaut mieux se tenir recroquevillé que debout pour offrir le moins de distance possible !
La 'règle' est simple : plus l'écart entre nos extrémités est important, plus le risque est grand car plus la tension sera élevée !
Les vaches et la foudre, tension de pas !
Si l'on doit absolument se déplacer, il convient d'effectuer des bonds à pieds joints, comme en cas de câble HT dont on doit s'éloigner !

Terre et équipotentialité en montagne

S'il est bien un lieu où l'orage est fréquent, c'est le sommet d'une montagne...
Souvent constitué de roche, bien moins conductrice que la terre, la mise à la terre devient problématique...
Ici, le grillage fixé par des pieux offre un double effet :
  • maintient mécanique
  • équipotentialité électrique !
Mise à la terre sur rocherMise à la terre sur rocher, avertissement
Mise à la terre sur rocher, zoom


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Crée le 26 / 06 / 2017, der. màj le 01 / 07 / 2018 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 6774 fois
Difficulté : ★★★★★
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Gu5835e07c1389f
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