Coups d’arc électrique, dangers et précautions - Concept de protection à trois niveaux

L’électricité

Dans notre vie moderne, l’électricité est rendue essentielle, indispensable, mais invisible. Souvent, on oublie qu’elle existe, qu’elle est présente et qu’elle peut causer des dommages irréparables si elle n’est pas traitée avec l’attention nécessaire. D’où la nécessité de l’implantation et de l’utilisation des programmes de sécurité pour faire face à ces dangers.

Pour éviter des accidents, aucun travail ne doit être effectué sur de l’équipement sous tension, sauf s’il y a des mesures de sécurité en place et satisfaisantes, parmi lesquelles la protection contre les chocs et les brûlures électriques. Évidemment, les prises de mesures et autres test doivent être effectués sous tension. La loi exige des méthodes de travail sécuritaires.

L’arc électrique

Un arc électrique est généralement initié par un défaut de type Phase-phase ou phase-terre. Ce défaut peut être causé par l’une des causes suivantes: contact accidentel entre des fils électriques sous tension, pollution, mauvaises connections, bris d’équipement, surtension, présence d’animaux (rongeurs) ou d’insectes, défauts mécaniques ou résultat d’une erreur humaine.

Le coup d’arc électrique

Le coup d’arc électrique est la décharge d’énergie engendrée par l’arc lui même. Ce dernier se produit instantanément, libérant une énorme quantité d’énergie dans un très court intervalle de temps, causant une expansion explosive de l’air et du métal. L’énergie produite fait fondre les composantes et remplit l’air de particules conductrices. L’explosion produit une pression dangereuse, onde sonore, des éclats de métal à très haute vitesse, de la chaleur extrême et des rayons lumineux très intenses.

La réalité en quelques chiffres :

En passant d’état solide en état vapeur, le volume de cuivre augmente d’un facteur de 67,000:1
Le métal fondu et les éclats se déplacent à une vitesse de 1600km/h
Le bruit peut facilement dépasser le 160dB
La pression générée peut causer la mort sur une distances de 10 pieds (3m) et plus.
La température de l’arc peut atteindre des températures de l’ordre de 20 000 ^oC

Les lésions par souffle peuvent causer des dommages aux poumons, détruire le tympan des oreilles, causer des blessures par éclat de métal, des brûlures sévères et la cécité. Les blessures provenant d’un arc électrique peuvent souvent causer la mort.

Normes

Dans le but de réduire le nombre de blessures et de décès, des Normes ont été rédigées :

Aux États-Unis: La norme NFPA 70E a été lancée afin de donner à OSHA un document pour renforcer la sécurité liée aux arcs électrique;
Au Canada, l’Association Canadienne de la Normalisation a rédigé la CSA Z462 baptisée ‘’Sécurité en matière d’électricité au travail’’.

La Norme CSA Z462

La Norme CSA Z462 est basée sur la norme NFPA 70E harmonisée avec le code canadien d’électricité et les autres normes Canadiennes telles que la « CAN/CSA-Z460 » et la « CAN/CSA-M42 ».

Cette norme parle des dangers et des méthodes d’évaluation, des façons de réduire les risques et des méthodes de travail en toute sécurité sur les circuits sous tension. Elle aborde la classification de niveaux de risques et d’étiquetage, les limites d’approche et les équipements de protection individuelle (ÉPI). Elle met à disposition un tableau général comme référence dans le cas d’absence d’une étude complète.

Protection Contre le Coup d’arc Électrique

En moyenne, 5 à 10 accidents d’arc Électrique sont signalés quotidiennement aux États-Unis. Environ 65% des accidents se produisent en présence de l’opérateur proche des équipements, alors que seulement 35% des accidents se produisent sans opérateur. D’où l’importance de la protection contre les arcs électriques.

Le concept de protection en trois niveaux

La protection contre les effets des arcs électriques peut être classée sous trois niveaux différents. Soit :

La Prévention contre l’arc
La Mitigation de l’arc
Le Confinement de l’arc

1- La prévention contre l’arc :

La prévention est le premier niveau dans la protection contre les dangers d’arc électrique. On peut l’appeler aussi la protection passive. Parce qu’elle aide à éviter l’apparition d’arc au lieu d’essayer de se préparer et de se protéger en attendant son arrivée. Cette prévention peut être classée sous les trois aspects suivants: Aspects Sites, Aspects Travailleurs et Aspects Équipements

La préparation de site peut être réalisée par :

L’identification des risques, des causes et des catégories;
L’implantation de pancartes d’avertissements;
L’application des programmes de cadenassage et des procédures de travail;
La réalisation d’une étude de site en déterminant les risques et les niveaux d’énergie et en appliquant, par la suite, les mesures nécessaires;
L’installation des étiquettes de niveau de risque d’arc électrique selon les résultats de l’étude faite. Ces étiquettes devront afficher les informations sur les niveaux d’énergie disponible, la vitesse d’élimination du défaut, les exigences relatives aux ÉPI et les distances des limites d’approche reliées.

La préparation des travailleurs :

La préparation des travailleurs se réalise par la sensibilisation et l’éducation, ainsi que par la mise à leur disposition tout type d’équipement leur permettant d’exécuter leurs tâches sans risque.

La prévention par aspect équipements :

Le choix des équipements qui misent sur la prévention est très avantageux. Tout investissement dans ce sens est sans doute un excellent investissement, pas seulement dans le contexte des vies qu’il peut sauver. Mais aussi pour le temps perdu et le coût d’équipements de remplacement évité en éliminant le risque d’avoir des accidents.

Dans ce qui suit, on présente une panoplie d’exemples de ces options/technologies :

Isolation des barres omnibus;
Ségrégation des points de connexion/déconnexion pour éliminer le risque de propagation d’arc une fois qu’il est initié;
Avoir le plus possible des barrières dans le but de garder les travailleurs loin des parties sous tension. Ces barrières peuvent être de nature physique ou espace;
Dispositif de débranchement à distance;
Dispositif qui envoie des alertes et des indications;
Indicateur de tension;
Mécanismes de verrouillage.

2- La Mitigation de l’arc :

La mitigation d’arc se réalise en utilisant des dispositifs qui peuvent détecter et/ou réduire la magnitude/l’énergie de l’arc une fois initié. Parmi ces dispositifs, on peut nommer :

Le sélecteur de Mode Maintenance: la sélection de ce mode permet la modification d’un ou des paramètres de protection du disjoncteur (le disjoncteur sélectionné devrait avoir cette option). Ce mode sert en présence des équipes de maintenance qui travaillent sur les équipements pour contourner les paramètres de protection d’opération normaux et offrir le maximum de protection aux travailleurs au moment de l’intervention;
Relais de détection d’arc : La détection d’arc à l’aide des capteurs d’arc électrique (sonde fibre optique) et la confirmation à l’aide des CTs (transformateurs de courant); permettra au relais, dans un délai de quelques millisecondes, d’envoyer un signal pour ouvrir le disjoncteur en amont de la zone de défaut.
À noter que, dans ce type de protection, le temps total de réaction dépend de la rapidité d’ouverture du disjoncteur, même si le temps de réaction du relais est de niveau de quelques millisecondes mais celle de disjoncteur peut se situer enter 20 et 100ms;

L’existence de délais de temps d’ouverture des disjoncteurs tel que décrit ci haut a créé la nécessité d’un composant plus rapide dans le but d’étouffer l’arc plus rapidement. Les éléments de mise à la terre ultra rapides comblent ce besoin. Ils sont capables dans moins de 10 millisecondes de diriger toute l’énergie disponible vers la terre. Ce qui réduit la magnitude de coups d’arc considérablement et protège le personnel ainsi que les équipements.

3- Le Confinement de l’arc :

Contrairement à la prévention et à la Mitigation ; le principe de confinement consiste à contenir la pression à l’intérieur du boitier et la diriger vers une région sécuritaire. Les règles et les exigences du design et des tests de ce type de boitier sont dictées par des normes telles que IEEE C37.20.7 (IEEE Guide For Testing Metal-enclosed Switchgear Rated Up To 38 KV For Internal Arcing Faults).
Il est essentiel, quand il s’agit de tels équipements, de bien comprendre la norme sous laquelle il est classé pour être certain de l’utiliser dans les meilleures conditions.
Par exemple : un équipement de Type-2B, tel que décrit dans la norme ci-haut signifie la protection en avant, à côté et en arrière de l’équipement, à condition que les portes des compartiments de puissance soient fermées.

Tout ce qui a été dit soulève une multitude de questions qui peuvent être en contradiction, mais qui restent toutes pertinentes selon le projet et l’application. Voici quelques exemples, tout en vous laissant la tâche de penser aux bonnes réponses :

– Quelle est la solution idéale ? La prévention est primordiale, mais en combinaison avec la mitigation ? – Ou bien avec le confinement ? – Ou bien les trois ensemble ?
– Où devrions-nous investir davantage ? – À quel prix ? – Sur quelle base ?
– Et si le budget ne permet pas d’avoir les trois ?
– Mais, est-ce la sécurité des travailleurs qui prime ?
– Et si on était capable de baisser le niveau d’arc jusqu’au niveau deux ou moins, en ayant les bons EPIs ?
– Est-ce qu’on ne peut pas avantager le confinement sur la mitigation si le budget ne permet pas les deux ? – Oui mais la mitigation peut sauver le personnel et les équipements tandis que le confinement est dédié à protéger le personnel uniquement.

Ali Merhi
Gestionnaire de produits et spécialiste d’applications des systèmes basse tension, chez ABB Inc.
Ali.m.merhi@ca.abb.com