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Courant alternatif :

Le courant alternatif (qui peut être abrégé par CA) est un courant électrique périodique qui change de sens deux fois par période et qui transporte des quantités d’électricité alternativement égales dans un sens et dans l’autre. Un courant alternatif est donc sans composante continue.

Un courant alternatif est caractérisé par sa fréquence, mesurée en hertz (Hz). C’est le nombre de changement de sens (alternances) qu’effectue le courant électrique en une seconde. Un courant alternatif de 50 Hz effectue 50 alternances par seconde, c’est-à-dire qu’il change 100 fois de sens par seconde (50 alternances positives et 50 alternances négatives).

La forme la plus utilisée de courant alternatif est le courant sinusoïdal, essentiellement pour la distribution commerciale de l’énergie électrique. La fréquence utilisée est le plus souvent de 50 Hz sauf, par exemple, en Amérique du Nord où la fréquence est de 60 Hz.

Le courant alternatif (dont la valeur moyenne — composante continue — est nulle), peut alimenter un transformateur sans risque de saturation du circuit magnétique. Ceci permet de modifier facilement la tension, contrairement au courant continu. (Les convertisseurs continu-continu 24 V -> 12 V par exemple transforment en fait le courant continu en alternatif, le modifient puis retransforment l’alternatif en continu).

Les conducteurs :

• Conducteur sous tension :
  Conducteur prévu pour transmettre l’énergie électrique en conditions normales (comprend le neutre).

• Neutre :
  Conducteur connecté au point neutre d’un circuit et contribuant à la transmission de l’énergie électrique. Il est relié à la terre au niveau du générateur d’énergie, et seulement là, pour une installation monophasée. Le neutre définit en fait la référence zéro autour de laquelle varie la tension alternative du fil de phase.
  Obligatoirement fil Bleu en Europe (gris ou blanc aux USA),

Nota : dans certains cas, on peut avoir un circuit sans neutre (distribution biphasée, fréquente aux USA en 220 V).

• Phase :
  Les électriciens utilisent le mot phase pour désigner le conducteur d’une alimentation alternative non relié au point neutre.
  Obligatoirement fil marron en Europe (Noir aux USA)

• Masse :
  La mise à la masse est réalisée par une connexion conductrice (volontaire ou non) avec la terre (masse naturelle), y compris toute partie conductrice des œuvres vives.

• Conducteur de protection :
  Conducteur ne transportant normalement aucun courant, utilisé pour la protection contre l’électrocution, connectant électriquement au conducteur de terre du réseau de quai les parties conductrices exposées des équipements électriques, (souvent improprement appelé Terre).
  En Europe : obligatoirement fil vert-jaune (aux USA peut-être vert).

Le rôle principal du conducteur de protection est de maintenir les masses simultanément accessibles par l’utilisateur équipotentielles (absence de différence de potentiel entre masses), de façon à assurer la protection des utilisateurs. Son second rôle est d’acheminer les charges statiques et les courants de fuite vers la terre, via le conducteur de terre vers la terre locale.

Notez que le conducteur présent dans les prises murales et au niveau des points d’éclairage n’est PAS le « fil de terre », beaucoup commettent cette erreur, même si, finalement, les conducteurs de protection sont effectivement reliés au conducteur de terre.

La mise à la terre n’a un sens que si cette mise à la terre est locale. Il n’y a donc aucun intérêt (et ce serait même dangereux) de le distribuer. Aussi, la « terre » n’est jamais distribuée par le fournisseur d’électricité, il appartient à l’utilisateur de se référencer à la sienne (bateau ou marina). Le Neutre fourni éventuellement par le fournisseur est généralement relié à la terre au niveau du transformateur de la zone. Aussi, la différence de potentiel (ddp) entre le neutre de l’utilisateur et sa propre terre est en général faible (quelques volts max) en situation normale. Cette différence correspond donc en fait à la différence de tension entre la terre locale de l’utilisateur et la terre distante du transformateur du distributeur. En cas de circonstances particulières (foudre) la ddp peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de volts (voire bien plus), et donc il peut arriver que, chez l’utilisateur, entre son neutre et sa terre locale, la même ddp apparaisse, ce qui peut provoquer des arcs destructeurs entre neutre et conducteur de protection, allant jusqu’à faire exploser des prises ou rallonges.

Les systèmes de protection :

• Interrupteur différentiel (en anglais RCD ou GFCI) :
  Dispositif électromécanique conduisant le courant dans les conditions normales et interrompant la connexion lorsque le courant différentiel (différence des intensités entrante et sortante) atteint un seuil fixé.
  Un interrupteur différentiel vérifie l’absence de courant de fuite, soit provoqué par un défaut local, soit directement par le passage via l’utilisateur d’un courant retournant au neutre distant via sa terre locale, la terre distante, puis le neutre (électrocution).
  Le différentiel ne participe donc pas à l’équipotentialité du système, mais en assure le contrôle. C’est un équipement muni de deux bobinages qui produisent des forces opposées. Chaque bobinage étant parcouru l’un par le neutre et l’autre par la phase, le contact qu’ils commandent reste fermé (le courant passe) tant que le courant de phase est égal au courant du neutre. En cas de fuite de courant par une carrosserie et la terre, ou par un humain qui touche à un câble dénudé, le courant de phase sera réparti entre le courant de fuite et le courant du neutre. Au niveau du disjoncteur différentiel l’écart des courants va créer un écart de forces, le contacteur va s’ouvrir (le courant ne passe plus). Ceci explique le nom de ce dispositif.

• Dispositif de protection contre les surintensités :
  Dispositif (fusible ou disjoncteur) interrompant le circuit lorsque le courant dépasse une valeur déterminée pendant un temps déterminé.
  Pour un fusible, c’est la fusion provoquée par l’échauffement lié au passage du courant qui interrompt le passage du courant. Pour un disjoncteur c’est une bobine qui exerce une force proportionnelle au courant qui provoque l’ouverture des contacts à un certain niveau (pour faire simple).

• Transformateur d’isolement :
  Transformateur assurant la séparation galvanique entre les enroulements entrée et sortie et le conducteur de protection.

Rappel : Un transformateur électrique (parfois abrégé en transfo) est un convertisseur permettant de modifier les valeurs de tension et d’intensité du courant délivrées par une source d’énergie électrique alternative, en un système de tension et de courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de même forme. Il effectue cette transformation avec un excellent rendement.
Il comprend une armature en métal magnétique et des bobinages parcouru par le courant électrique. Le champ magnétique alternatif créé par le courant d’entrée provoque un champ magnétique dans le bobinage de sortie. En jouant sur le nombre de spires de chaque bobinage, on peut changer la tension du courant.
Il est analogue à un engrenage en mécanique (le couple sur chacune des roues dentées étant l’analogue de la tension et la vitesse de rotation étant l’analogue du courant).
Dans le cas du transformateur d’isolement les deux circuits sont isolés électriquement et aucune composante continue (corrosion galvanique) ne peut le franchir. Cette séparation est encore renforcée très souvent par une couche conductrice (écran électrostatique) entre les bobinages entrée et sortie, à relier à la Terre du quai.

• Isolateur galvanique :
  Dispositif installé en série sur le conducteur de protection du câble de prise de quai permettant le passage du courant alternatif normalement associé avec ce conducteur mais bloquant toute composante continue

Un isolateur galvanique intercale sur le conducteur de protection deux diodes tête-bêche qui bloquent toute composante continue mais laissent passer l’essentiel du courant alternatif : dans la réalisation la plus courante, deux diodes dans chaque sens, il coupe les tensions continues jusqu’à 1,3 V, valeur supérieure aux tensions des couples liés à des métaux différents, mais valeur très faible par rapport aux 220 V du secteur.

Remarque sur la sécurité électrique :

• La sécurité des personnes repose essentiellement sur l’équipotentialité des masses qui leur sont accessibles : une électrocution est le résultat du passage d’un courant dans l’organisme, lui-même résultat des différences de potentiel entre différents points du corps. Pour arriver à maintenir et contrôler cette équipotentialité, on dispose de plusieurs mécanismes :
  • Les conducteurs de protection : fils vert-jaune au niveau des prises et points lumineux en 230 V ; ils permettent de relier la carcasse des appareils branchés entre eux et à la terre.
  • La mise à la terre locale : canalise les courants de fuite et évacue les charges statiques.

• Nota 1 : la sécurité ne nécessite la mise à la terre que parce que le neutre du réseau est mis à la terre de façon distante. Si l’installation est complètement isolée de la terre cette mise à la terre devient inutile car un défaut simple (toucher une phase) n’est plus dangereux (le circuit n’est pas fermé). Cependant il est beaucoup plus difficile d’obtenir, et surtout de maintenir une isolation parfaite sur un bateau, que de gérer l’équipotentialité. Aussi l’isolation n’est-elle utilisée que soit dans des lieux à haute sécurité (salles d’opérations), soit dans des endroits où il est évident qu’on n’est pas relié à la terre (avion…). Dans le cas d’un transformateur d’isolement sur un bateau, on reliera le conducteur de protection du circuit de bord à la masse du transformateur, mais jamais au conducteur de protection du câble de quai..

• Nota 2 : une mise à la terre distante est très dangereuse sans différentiel, du fait des ddp possibles entre terre locale (pieds de l’utilisateur) et terre distante (qui serait alors reliée aux mains de l’utilisateur, via le conducteur de protection de la prise).

• Nota 3 : la présence d’une mise à la terre efficace couvre le cas de non-fonctionnement du différentiel (certaines études ont montré des taux de non-déclenchement allant de 3 à même 7 % !) : un défaut d’isolement entre un conducteur sous tension et la terre provoquera le déclenchement d’un disjoncteur ou la fusion du fusible, protégeant ainsi les personnes. Un différentiel doit être contrôlé régulièrement, surtout en ambiance marine : il y a obligatoirement un bouton de test sur chaque appareil. Une fois par saison est un minimum, plus fréquent ne peut nuire…