La tension du secteur

1) Caractéristiques de la tension du secteur.

La tension du secteur est alternative, sinusoïdale.

Sa valeur efficace est	Ueff = 230V
Sa valeur maximale est	Um = 230 V x 1,414 = 325 V
Sa période est	T = 0,02 s = 20 ms soit 1/50 s
Sa fréquence vaut	f = 1/(0,02s) = 50 hertz.

2) Les prises de courant.

Les prises de courant peuvent comporter 2, 3, 4 ou 5 bornes.

Si la prise possède une borne mâle (broche en saillie), cette borne est toujours reliée à la terre. Elle ne sert pas au fonctionnement du récepteur, mais elle contribue à la sécurité. Le fil de terre est obligatoirement vert et jaune

Prise monophasée

Si la prise comporte deux bornes femelles, il s'agit d'une prise ordinaire, monophasée: L'une des bornes est reliée au fil de phase, tandis que l'autre est relié au fil neutre. Le fil neutre est obligatoirement  bleu.

Ce qui fait la différence entre neutre et phase, est que le fil neutre est relié à la terre. Son potentiel par rapport au sol est donc nul.

Tension entre phase et neutre : 230 V
Tension entre phase et terre:  230V
Tension entre neutre et sol: 0V

Pour reconnaître la phase dans une prise de courant, on utilise un testeur constitué d'une lampe au néon en série avec une grande résistance. Ce testeur appelé parfois pique-phase est souvent incorporé dans le manche d'un tournevis.
On introduit la lame du testeur dans la borne de la prise et on touche avec le doigt l'extrémité du manche. La lampe au néon s'allume si la borne testée est la phase. Un courant très faible traverse alors la lampe et passe dans le sol en circulant  dans le corps. 

Prise triphasée

Si la prise possède 3 ou 4 bornes femelles, on est en présence d'une prise triphasée (3 phases et éventuellement un neutre)

La tension entre une phase quelconque et le fil neutre (ou la terre) vaut 230V
La tension entre deux phases vaut environ 400V. 

3) Les dangers du courant du secteur.

Electrocution:

160 personnes environ meurent chaque année en France par électrocution accidentelle.
 Le corps humain est conducteur comme le montre l'expérience du tournevis-testeur du paragraphe précédent. 

Les effets du courant sur le corps humain:

Dans l'expérience du tournevis testeur, le courant est très faible (µA) et il n'a aucun effet sensible.
Un courant un peu plus fort (de l'ordre du milliampère) provoque des picotements désagréables.
Lorsqu'on atteint quelques dizaines de milliampères, on peut constater des contractions des muscles lors des variations de courant. La  tension du secteur produisant une variation alternative de ce courant produit un raidissement des muscles appelé tétanisation. Un muscle tétanisé ne peut pas se décontracter. Une personne qui tient à pleine main un appareil mal isolé ne peut plus le lâcher si ses muscles sont tétanisés. Si le courant traverse le corps, la tétanisation des muscles de la cage thoracique va provoquer une asphyxie. La respiration artificielle pratiquée aussitôt peut sauver la personne électrocutée
Le coeur est un muscle particulier qui ne va pas se tétaniser mais on verra ses diverses fibres se contracter de façon désordonnée: c'est la fibrillation cardiaque qui peut très rapidement entraîner la mort. Il faut en effet agir immédiatement par massage cardiaque ou à l'aide d'un défibrillateur pour sauver l'accidenté.
Un courant important entraîne des brûlures et des réactions électrolytiques (surtout avec les hautes tensions) que vous pouvez imaginer sans qu'il soit besoin de vous montrer des photographies.

L'intensité du courant n'est pas seule en cause. La durée du passage de ce courant joue un rôle important: 
On pourra supporter un courant de 500 mA s'il traverse le corps pendant 1/100 s alors qu'un courant 10 fois plus faible pourra tuer s'il circule pendant plusieurs secondes.

Facteurs qui influent sur l'intensité du courant traversant le corps

L'intensité du courant qui traverse le corps lors d'une électrocution dépend de plusieurs facteurs

La résistance électrique du corps et des contacts.
Deux cas sont à envisager: 

On peut s'électrocuter par contact direct du corps avec la phase et avec le neutre. Le courant dépendra de la résistance du corps et surtout des points de contact avec les conducteurs. La peau sèche a une résistance électrique nettement plus grande que la peau humide. De même une faible surface de contact entraînera une résistance plus forte.

Le plus souvent, lors d'une électrocution, le corps n'est en contact qu'avec la phase. Le circuit est alors fermé par le sol. La résistance du contact entre le sol et le corps va alors intervenir. Si on se trouve pied nu sur le carrelage humide d'une salle de bains, la résistance sera faible et on a peu de chance de s'en tirer, alors que sur une moquette synthétique dans des chaussures bien sèches le courant ne présentera pas un danger mortel. 
Pour un complément d'information lire la réponse à la QTP de Sébastien Champion

La tension électrique du générateur:

La tension du secteur est 230V, mais il peut se trouver des circonstances dans lesquelles on est confronté à des tensions différentes. Dans les mêmes circonstances (même résistance) l'intensité du courant proportionnelle à la tension. Le courant est deux fois plus fort lorsque la tension passe de 115V à 230V.
Les tensions plus élevées (moyenne tension 20kV, haute tension 90kV, très haute tension 400kV) sont très dangereuses

En diminuant la tension, on diminue le danger.
On considère qu'au dessous de 25V, il n'y a pas de danger, même dans les plus mauvaises circonstances (milieux humides). On peut monter à 50V pour les lieux secs.

Incendie:

Le passage du courant dans un conducteur s'accompagne toujours d'un dégagement de chaleur. Ce phénomène est appelé effet Joule

La chaleur ainsi formée se transmet à l'environnement (à l'air ambiant par exemple). Ainsi le conducteur reçoit de la chaleur par effet Joule et en restitue une partie au milieu extérieur.

Si le conducteur reçoit plus de chaleur qu'il n'en restitue, sa température augmente.
Si la différence de température entre le conducteur et le milieu extérieur augmente, la quantité de chaleur restituée augmente. On tend donc vers une température d'équilibre.
Ainsi le filament d'un lampe à incandescence arrive, en une fraction de seconde, à sa température d'équilibre de plus de 2600°C (en fonctionnement normal).
Si vous enfermez une lampe à incandescence dans une boîte isolante, la température d'équilibre va augmenter et vous risquez de faire griller le filament.

Les fils d'une installation électrique s'échauffent lorsqu'ils sont traversés par le courant. Si cet échauffement est trop important, il y a des risques d'incendie de matériaux combustibles placés à proximité.

Quels sont les facteurs qui influent sur l'échauffement des fils?

L'énergie thermique E fournie pendant un temps t  par un conducteur de résistance R, traversé par un courant d'intensité I est:

  E = R I² t  

La quantité de chaleur dégagée par effet Joule est proportionnelle au carré de l'intensité I du courant qui le traverse. C'est-à-dire que si l'intensité est 3 fois plus grande, le dégagement de chaleur sera 9 fois plus grand.

La résistance du fil a une influence: plus le fil est fin, plus sa résistance R est grande et donc plus l'échauffement est élévé.

Le dégagement de chaleur est bien sûr proportionnel au temps t (durée de passage du courant). 

Principales causes de l'échauffement dangereux des fils

Surconsommation: Si on branche sur une ligne électrique des appareils trop puissants ou trop nombreux (en utilisant des "multiprises") on augmente l'intensité du courant dans la ligne puisque le courant dans cette ligne est la somme des courants de chacun des appareils branchés. 

Court-circuit: Le courant dans le circuit est freiné par la résistance des appareils qu'il contient. S'il se produit un court-circuit, la seule résistance du circuit est celle des fils. Comme elle est très faible, le courant devient brutalement très intense.
Remarque: Un court-circuit se produit lorsque le fil de phase vient en contact avec le fil neutre mais également lorsqu'il touche un objet conducteur quelconque relié à la terre.

3) La protection des installations.

Conformité

Une installation domestique ne doit comporter que des matériaux et des composants agréés (norme européenne CE) et doit répondre à toutes les règles de sécurité. Un organisme est chargé en France de contrôler les nouvelles installations et de délivrer une attestation de  conformité: le CONSUEL (Comité national pour la sécurité des usagers de l'électricité) 

Protection contre l'incendie: Les fusibles

 A l'entrée de l'installation, se trouve un tableau de répartition des diverses lignes électriques de l'appartement.

Il existe 4 sortes de lignes:

Usage de la ligne	Section du fil	Intensité supportée
Eclairage	1,5 mm2	10A
Prises de courant confort	2,5 mm2	16A
Prise unique (lave-linge..)	4 mm2	20A
Prise forte puissance(cuisinière)	6 mm2	32A

Sur les fils de phase de chacune de ces lignes se trouve un coupe-circuit fusible. Il s'agit d'un fil fin d'alliage d'argent enfermé dans une cartouche et placé dans un tiroir pivotant.
Si l'intensité du courant qui circule dans la ligne dépasse une valeur déterminée indiquée dans le tableau ci-dessus, le fil fond et ouvre le circuit avant tout échauffement dangereux. On dit que le fusible a "sauté". Après réparation de la panne, il faut changer le fusible. Les divers fusibles sont de longueur et de diamètre différents ce qui évitent les confusions

Remarque: Naguère, le fil fusible était en plomb. Aujourd'hui, on remplace parfois les fusibles par des disjoncteurs divisionnaires. Ce sont des interrupteurs qui se déclenchent automatiquement lorsque l'intensité dépasse la limite fixée. Il suffit, après réparation de la panne, de les réenclencher.

Protection contre l'électrocution

Le disjoncteur différentiel:

 A l'entrée de l'installation, avant le tableau de répartition, se trouve deux disjoncteurs.

Le premier ne joue aucun rôle pour la sécurité mais il sert à limiter le courant général en fonction de l'abonnement choisi.
Par exemple si vous avez opté pour l'abonnement de 3 kW, le disjoncteur sera réglé pour couper le courant lorsque l'intensité dépasse 15A. Si vous ne pouvez pas allumer votre four lorsque votre machine à laver fonctionne, il faudra choisir un abonnement de 6kW et vous pourrez disposer de 30A.

Le deuxième disjoncteur, en général associé au précédent, ouvre le circuit lorsqu'il détecte une différence de courant entre le fil de phase et le fil neutre. Si ces fils ne sont pas traversés par le même courant, c'est qu'une partie du courant passe par le sol, il s'agit donc d'une anomalie.
Certains disjoncteurs différentiels déclenchent pour une différence de 30 mA et procure une grande sécurité pour l'usager, car un courant inférieur à 30 mA n'est dangereux que s'il traverse le corps pendant plusieurs secondes, voire plusieurs dizaines de secondes. On le trouve obligatoirement dans les laboratoires et salles de TP des lycées et collèges, mais à la maison, il faut se contenter d'un disjoncteur de 500 mA qui ne présente alors plus du tout la même sécurité et dont le rôle est différent. Il est le complément de la  prise de terre.

La prise de terre

Les prises comportant un fil de terre ne sont obligatoires que dans les pièces contenant de l'eau, (cuisine,  salle de bains) et dans les pièces au sol conducteur (béton, carrelage) mais on les trouve maintenant dans toutes les pièces.
Pourtant un grand nombre de nos appareils n'utilisent pas la broche reliée à la terre (fil jaune/vert). Ce sont des appareils à double isolation. Par contre les appareils ménagers dont la carrosserie est métallique ont besoin de cette prise de terre. Elle sert à relier la carrosserie et toutes les parties métalliques de l'appareil à la terre.
Si par accident, le fil de phase vient à toucher ces parties métalliques, il se produit un court-circuit car le courant va circuler dans le fil de terre. C'est là que le disjoncteur différentiel intervient en ouvrant le circuit.

Ainsi grâce au couple, prise de terre / disjoncteur différentiel, aucun appareil ayant un défaut d'isolation ne peut rester dangereux.

Remarque: Après la fusion d'un fusible ou le déclenchement d'un disjoncteur, il convient de rechercher la panne avant de remplacer le fusible ou de réenclencher le disjoncteur.
Cas particulier: Au cours d'un orage, des décharges électriques peuvent provoquer le déclenchement du disjoncteur différentiel sans qu'il s'agisse d'une panne dans l'installation.