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Reflexion sur le test de terre de protection

Article posté par ->Herve.
Paru le mardi 27 mai 2014 à 21:01
Vu 3916 fois.
Note : etoiles5 (3 votes)

Reflexion sur le test de terre de protection



Conducteur de terre de protection

Le but d’un conducteur de terre de protection c’est de protger une personne d’un choc lectrique en favorisant le passage du courant vers la terre en cas de dfaut interne du DM.
Dans les Dispositifs Mdicaux (DM) de classe I, ce conducteur de terre de protection doit avoir l’impdance la plus faible possible. Ainsi, toutes les parties mtalliques accessibles du DM ne pourront pas atteindre une valeur de diffrence de potentiel suffisamment leve pour prsenter un risque de choc lectrique dangereux.

Plusieurs normes nationales (NF) et internationales (CEI) dfinissent des valeurs
d’impdances maximales acceptables pour le conducteur de terre.
On parle alors de rsistance de protection. Les dispositifs lectriques mdicaux
n’chappent pas a ces normes, et sont mme soumis des exigences bien plus fortes
que dans d’autres domaines comme les dispositifs lectriques dans l’industrie.

Ces normes ne dfinissent pas seulement la valeur maximum de la rsistance, mais aussi d’autres critres du test lui-mme comme le courant de test, la tension maximum du circuit ouvert et la dure du test. Ces paramtres dpendent du moment ou le test est ralis durant la vie d’un dispositif : phase de dveloppement, test de conformit, en fin de production, en maintenance prventive et/ou curative.

Tous les circuits de terre comprennent un cordon d’alimentation et un circuit l’intrieur du DM. Parfois ces circuits internes sont en toile et ncessitent plusieurs points de test.

La mesure du conducteur de terre (mise a la terre) est donc une mesure d’impdance.
Cette impdance est en fait l’addition des rsistances qui composent ce circuit :

- Les rsistances des matriaux

- Les rsistances de contact

1) Les rsistances des matriaux sont les rsistances des matriaux composants le conducteur de terre du cable d’alimentation et du cable interne au DM (celui qui fait la
liaison entre la borne d’quipotentialit et la borne de terre du connecteur d’alimentation).

2) La rsistance de contact, c’est la rsistance qui existe entre deux parties mtalliques en contact. Dans le cas prsent, nous avons des rsistances de contact au niveau :

- De la prise murale

- Du connecteur face arriere du DM

- Du connecteur de terre de la prise l’intrieur du DM

- De la borne equipotentielle a l’intrieur du DM

De plus, la rsistance de contact est l’addition de deux rsistances :

- La rsistance de constriction

- La rsistance de film.

Ces deux rsistances ont un impact fort sur le choix de mthode de test utiliser (valeur de courant, de tension et dure) pour effectuer une mesure correcte de la rsistance de protection d’un DM.


Figure 1 : Les diffrents type de rsistances constituants la rsistance totale.


fig1.jpg


La Rsistance de terre de protection peut tre crite comme suit :

R protection = R Bulk + R Contact

Sachant que :

R Contact = R Constriction + R Film

La R Bulk est la rsistance de la masse du matriau constituant les diffrents conducteurs. A un instant t, cette rsistance est fixe mais peut tre affecte par la temprature ou une pression physique exerce sur le matriau.


La R Contact est la rsistance qui existe entre deux surfaces conductrices en contact.
Cette rsistance de contact est variable.
Elle se compose d’une Rsistance de Constriction et d’une Rsistance de Film, et sa valeur dpend de la force de contact entre les surfaces en contact.


Une inspection minutieuse des surfaces en contact montre que des surfaces d’apparence plates et rgulires sont en fait, l’observation au microscope, trs irrgulires et se composent de nombreux creux et bosses.


En ralit, les deux surfaces en contact ne le sont rellement que par leurs asprits et par consquent l’aire de la surface de contact est plus rduite qu’il n’y parait.


Dans ces circonstances, une rsistance de constriction existe puisque le courant ne peut passer d’une surface l’autre que par ces quelques points de contact.



La valeur de la rsistance de constriction dpend troitement de la force avec laquelle les matriaux sont en contact.
Plus la force de constriction est importante, plus l’aire des surfaces en contact est importante ce qui facilite le passage du courant.


C’est la loi d’Ohm : Plus la quantit de courant qui peut passer est importante, plus la valeur de la rsistance est faible.


La rsistance de constriction ( et donc la valeur de la rsistance de terre de protection) peut tre diminue en augmentant la force de contact entre les deux surfaces en contact.


Voir Figure 2 ci dessous :


fig2.jpg


La Rsistance de Film est la consquence de l’oxydation des matriaux et du niveau de salet la surface des matriaux. Ces tats de surface crent une impdance qui s’ajoute celle des matriaux eux-mmes.


La rsistance de Film est gnralement limine par le nettoyage des surfaces en contact, mais ce n’est pas toujours facile et de l’oxydation peut rapparaitre trs rapidement aprs le nettoyage.


La Figure 3 suivante montre les consquences de l’augmentation de la force de contact
entre deux surfaces sur la rsistance de constriction.
On voit bien que la rsistance de constriction diminue et si elle diminue, alors la rsistance totale diminue.


fig3.jpg



Conclusion :
La mesure de l’impdance entre deux matriaux en contact dpend de la force de
constriction entre les surfaces de ces deux matriaux.


La rsistance de film n’est pas affecte par l’augmentation de cette force et par principe, la rsistance du matriau est constante.


Les tests suivants ont t raliss dans notre laboratoire et ont montrs certains effets du courant de test sur la rsistance de film des contacts du circuit de terre de protection.

Voir la Figure 4 suivante :


fig4.jpg



Plusieurs mesures d’impdance de deux conducteurs en contact ont t ralises.
Durant ce test la rsistance du matriau et la force de constriction sont constantes.

Dans un premier temps (courbe bleue), on augmente le courant de test et on mesure
l’impdance du circuit. On observe que lorsque le courant augmente, la valeur de la rsistance de film mesure diminue.
Lorsque le courant de test atteint 8 Amperes, elle est compltement limine

A partir de ce point, le courant de test diminue par tapes successives (courbe rouge) et l’impdance du circuit est mesure. La valeur mesure ne change plus.

Ce test montre que lorsque la rsistance de film entre deux conducteurs “nettoye” par un courant fort n’affecte plus du tout la mesure de la rsistance totale.

L’existence de ces diffrents types de rsistance peut avoir un impact significatif sur les mesures d’impdances en fonction de la valeur des courants de tests utiliss.

Conclusion
La mesure de l’impdance dpend de la valeur du courant utilis en considrant la
rsistance de film.

Relations entre les courants de test et les mesures d’impdances

Aujourd’hui, 2 possibilits existent :

Fort courant : Suprieur a 8 Ampres

Dans le cas de test de terre de protection sur des DM, nous considrons donc que le courant fort est un courant suprieur a 8 Amp et allant jusqu’ 25 Amp (CEI60601).


Ce courant fort, comme nous l’avons vu plus haut, a la capacit de nettoyer les surfaces en contact en liminant la Rsistance de Film.


Ce courant fort a galement la capacit de s’affranchir de la Rsistance de constriction.
Que la force de constriction soit forte ou faible, la quantit de courant qui passe d’une surface l’autre surface sera exactement la mme. C’est la force d’un courant lev.
Autrement dit, que les surfaces soient beaucoup en contact ou peu, la mesure d’impdance sera la mme.

Cela veut dire qu’un test de terre de protection ralis avec un courant suprieur ou gal 8 Amp ne peut pas dtecter un mauvais contact dans le circuit de terre d’un DM.


La rsistance du matriau sera bien mesure.


Faible courant : 0,2 Ampre

Dans le cas de test de terre de protection sur des DM, nous considrons donc que le courant faible est un courant allant de 0,2 Amp (CEI62353) 1 Amp.

Le courant faible n’a pas le capacit de nettoyer les surfaces en contact.

La Rsistance de film va donc avoir un impact sur la mesure de la rsistance totale car
sa valeur sera non nulle, voir importante dans des cas extrmes.


Nous avons vu plus haut que la force de constriction entre les deux surfaces a un norme impact sur la mesure de la Rsistance de Contact et donc sur la rsistance totale dans le cas de l’utilisation d’un courant faible.

En effet, un mauvais contact au niveau de la borne d’quipotentialit (par exemple) d’un DM sera bien dtect par l’utilisation d’un faible courant car ce mauvais contact, qui
reprsente une force de constriction faible, empche le courant de passer.

Comme la valeur de courant qui peut passer le contact, la loi d’Ohm (avec une tension fixe) nous dit que c’est donc la valeur de la rsistance qui augmente. Un faible courant dtecte bien ce mauvais contact, et c’est bien ce que l’on cherche.

De plus, l'utilisation d’un courant faible de test rduit ou limine le risque de dommages causs au Dispositif Mdical en test, par le passage de courants de test importants par des circuits non prvus pour remplir la fonction de protection la terre.

La rsistance du matriau sera bien mesure.

En rsum

Les courants faibles et forts ont chacuns des aspects positifs et ngatifs.
Utiliser l’un ou l’autre n’est donc pas pleinement satisfaisant, mais leur combinaison a des aspects trs intressants.


La solution mise au point par Rigel sur les testeurs de scurit lectrique R288 et R62353 est l’mission d’un pic de courant de 25 Amp de quelques millisecondes suivi par un courant faible de 0,2 Amp avec lequel est effectu la mesure de la rsistance de terre de protection.


Ainsi nous combinons les effets positifs des diffrentes valeurs de courant sans en avoir les inconvnients.


Laurent Olive
Business Development Manager
Rigel Medical


email anti-spam

Tel : 06 12 35 98 16



Remarque complmentaire

L'avantage du test ralis avec un courant de test lev de 25A est qu'en cas d'un conducteur de terre endommag, o plusieurs brins sont casss, le test dtectera l’anomalie en dtruisant le cble.

Cette destruction est due a l'effet de chauffage du courant de test. La circulation d’un courant, produit de la chaleur. Le fil chauffant, fond et le circuit s’ouvre.

Cette capacit dtruire un cble endommag dpend de la valeur du courant et la dure de test. Dans les fusibles de protection, cette capacit est donne par un indice, le I2t. Le courant le plus lev ou la plus longue dure de test la plus haute probabilit de fondre le cble endommag.

La probabilit de fondre, pendant le test, un cble avec les brins casss dpendra de :
a) combien des brins sont casss
b) la magnitude du courant de test
c) la dure du test

Des tests raliss sur un cble de 1.5mm (48 x 0.22mm) avec un courant rgul de 25A pendant 30 secondes ont montrs qu’il est ncessaire que 95% des conducteurs soient casss pour que le courant dtruise effectivement le cble.

Dans la pratique, il faut considrer les points suivants :
- la dure d’un test de terre de protection est de 2 secondes. Cela est trs insuffisant pour dtruire le cble par l’effet de chaleur du fort courant.

- La majorit des testeurs de scurit lectrique ne sont pas capables de gnrer un courant de sortie de 25 Ampres pour ce test. Bien souvent le courant de sortie n’est pas rgul et donc le courant rel pendant le test est bien infrieur.

Dans ces conditions relles de test, aucun cble ne sera dtruit par le test.

Pour finir, l’utilisation d’un fort courant introduit un risque de destruction de la Compatibilit Electro-Magnetique du dispositif mdical.

Mots clés : Terre de protection, resistance, conducteur, contact, Constriction
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Commentaire n°2/2
Remonter Posté le 19/04/2016 par kevin-charlent

 
Un peu de rappel sur nos pratiques quotidien ne fait pas de mal ! merci pour cet article trs complet
 
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Commentaire n°1/2 :: Remerciement
Remonter Posté le 04/01/2016 par biomedical

 
merci pour l'article
 
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