Altitude : Pourquoi est-elle importante ?

Travailler avec de l'électricité est dangereux, c'est pourquoi les équipements de sécurité, tels que les vêtements, les gants, les bottes, etc., sont  essentiels pour protéger les électriciens contre des accidents potentiels. Il existe toutefois un autre moyen, moins visible, de renforcer la sécurité : la conception des équipements de test utilisés pour entretenir le réseau électrique.

La norme 61010 de la Commission électrotechnique internationale (CEI) couvre les règles de sécurité relatives aux appareils électriques de mesurage, de régulation et de laboratoire. Elle inclut les règles relatives aux tests et à la mesure des circuits, ainsi qu'aux appareils.

La catégorie de mesure (CAT) de l’appareil indique à quel endroit du réseau la conception de l’appareil permet son utilisation en toute sécurité. Plus le chiffre est élevé, plus la ligne de fuite et la distance d’isolement sont élevées. L'altitude à laquelle les tests sont effectués est un facteur souvent négligé. Les tests au niveau de la mer ne sont pas les mêmes que les tests en montagne. Ce document présente les implications en matière de sécurité des interventions en haute altitude.

Distance d’isolement

La distance d’isolement correspond à la distance la plus courte dans l'air entre deux parties conductrices pour fournir une isolation suffisante. Elle est différente de la ligne de fuite, qui correspond à la distance la plus courte le long de la surface d’un isolant. La distance d’isolement peut être égale à la ligne de fuite, mais ne peut jamais être supérieure.

Le maintien d'une distance d’isolement correcte est une partie essentielle de la conception de cartes de circuit imprimé (PCB) sûres. Les PCB et les composants doivent être disposés de manière à assurer des distances de sécurité suffisantes pour éviter des claquages ou des arcs haute tension entre les conducteurs et les composants électroniques, et pour protéger l'appareil et l'utilisateur.

La densité et la rigidité diélectrique de l'air sont relativement bonnes au niveau de la mer, ce qui signifie que la distance d’isolement requise pour des catégories CAT spécifiques est réduite au minimum. Malheureusement, la rigidité diélectrique de l'air varie en fonction de l'altitude.

Loi de Paschen

La loi de Paschen, qui tire son nom du physicien allemand Friedrich Paschen, est une équation permettant de déterminer la tension nécessaire pour créer un arc électrique entre deux électrodes placées dans un gaz, en fonction de la pression du gaz et de la distance entre les électrodes. Pour un gaz donné, la tension dépend uniquement de la pression et de la longueur de l’intervalle. Lorsque la pression chute, la tension de claquage pour un intervalle fixe chute également. Dans ces conditions, l’intervalle doit être augmenté pour maintenir une tension de claquage fixe. Cette loi est pertinente dans la conception des équipements, étant donné que l'air est un gaz.

L'effet de l'altitude

L'air est utilisé comme support isolant électrique dans la conception des appareils électriques. La pression atmosphérique peut être définie comme le poids total de l'air se trouvant au-dessus d’un point à n'importe quelle altitude. La densité et la rigidité diélectrique de l'air sont très bonnes au niveau de la mer. À plus haute altitude, l'air devient plus fin et est donc moins isolant. À mesure que l’altitude augmente, la quantité d'air se trouvant au-dessus de ce point diminue. La pression atmosphérique diminue à mesure que l'altitude augmente, ce qui réduit la rigidité diélectrique (propriétés isolantes) de l'air.

À une faible pression atmosphérique, l'isolation entre les conducteurs électriques est moindre, ce qui augmente le risque d'arc électrique. La diminution de la pression facilite la décomposition de l'air, ce qui entraîne une ionisation et favorise le transport de l'électricité.

Le tableau suivant de « The Engineering ToolBox » (www.EngineeringToolBox.com) montre le changement de pression atmosphérique à mesure que l’altitude augmente :

La distance d’isolement requise pour assurer la sécurité augmente à mesure que l'altitude augmente, car les propriétés isolantes de l'air diminuent. Le tableau suivant (tiré de la norme CEI 62368-1, Tableau 22) indique le facteur de multiplication de la distance d’isolement en fonction de l'altitude.

L’altitude des interventions doit être prise en compte lors de la conception (et de l'achat) d'équipements de tests électriques. La norme CEI 61010-1:2001 spécifie un fonctionnement à 2 000 mètres maximum. Un équipement avec une catégorie de mesure CAT spécifique pour 2 000 mètres ou moins peut ne pas répondre aux critères de cette catégorie CAT pour 3 000 mètres ou plus.

Conclusion

Il est essentiel de connaître l'environnement dans lequel l’appareil de test sera utilisé pour sélectionner des équipements sûrs. L'altitude de travail fait partie des critères à prendre en compte. La surface de la terre se trouve en grande partie à une altitude inférieure à 2 000 mètres, mais un grand nombre de personnes continuent de travailler dans le domaine de l'électricité au-dessus de cette altitude ; La Paz, en Bolivie, a une altitude moyenne de 3 689 mètres, la mine de cuivre d'Escondida au Chili (la plus grande mine de cuivre au monde) se trouve à 3 010 mètres d'altitude et la mine de cuivre d'Antamina au Pérou se trouve à 4 200 mètres d'altitude. Ce ne sont là que quelques exemples. La plupart des stations de ski se trouvent, par nature, à plus de 2 000 mètres d'altitude.

En tant qu'utilisateur d'équipement de test électrique, il est important de vérifier l'altitude associée à la catégorie CAT. N'oubliez pas que l'altitude standard est de 2 000 mètres. Si l'équipement de test doit être utilisé à haute altitude, vous devez être conscient de l'effet sur les distances d'isolement requises.