Architecture des protections contre la foudre d'une installation.

Lorsque le champ électrostatique dépasse les limites diélectriques de l'air(variables selon les conditions d'humidité et de pression)une décharge de foudre se produitaccompagnée d'une onde acoustique : le tonnerre (engendré par la brutale dilatation de l'air surchauffé par l'arc électrique)

LA FOUDREest un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive

Certains nuages (cumulo-nimbus) créent les conditions météorologiquesfavorables à l'accumulation de charges électriques (condensateur géant)

L éclair peut être de couleur différentesJaune : Un éclair jaune est un signe d'une quantité importante de poussière dans l'atmosphère.Rouge : Un éclair rouge indique de la pluie dans l'air.Bleu : Un éclair bleu la présence de grêle.Blanc : Un éclair blanc est signe d'un air très sec.

L ECLAIR

Intensité : 3000 a 300000A

Tension jusqu'à 100 millions de volts

Altitude 6000 a 15000m

Vitesse 100 000km/h

Température 30 000°C pour un diamètre de 2 a 3 cm

Quelques chiffres (par an):- 20 à 40 morts- 20 000 animaux foudroyés- 20 000 sinistres dus à la foudre dont 15 000 incendies- 50 000 compteurs électriques détruits- 250 clochers détruits

Effet de la foudreLes effets directs

- la foudre frappe directement la structure - sont essentiellement thermoélectriques, dus à la circulation du très fort courant qui échauffe la matière et cause des dommages très importants (incendies, brûlures et destructions)

Effet de la foudre

Les effets indirects

- la foudre ne touche pas la structure - produisent des surtensions par conduction, par induction ou par élévation du potentiel de terre (est l'écoulement d'un courant électrique dans le sol. Au point d'impact d'un coup de foudre, le courant de foudre s'écoule et diffuse dans le sol, en générant des différences de potentiel entre différents points de celui-ci, du fait de la résistivité qui le caractérise.)

Surtension par conduction

Surtension par inductionUn impactsur des lignes aériennes d’alimentation électriqueou sur les lignes de télécommunicationscrée une surtensionqui est véhiculée le long de ces ligneset qui peut entraîner la destructiondes appareils qui y sont raccordés

Le rayonnement électromagnétique dû à la foudreproduit des tensions induitesdans les circuits formant des boucleset peut entraîner la destructionou le dysfonctionnement des appareils

Les différent types de protection contre la foudre

1° Protection extérieure (paratonnerre)

Le principe consiste à créer un ou plusieurs points d’impacts préférentiels de la foudre, par des éléments conducteurs puis d’écouler et de dissiper dans le sol le courant de la foudre.

Le paratonnerre est un dispositif qui a été inventé en 1752 par Benjamin Franklin

L'effet de pointe qu'il procure rend plus probablele parcours de la foudre par son intermédiaire

Son rôle principal est d'éviter des incendies et des dégradationsde la structure du bâtiment qu'il protège

Il est connecté à la terrepar des conducteurs de "descente

Types de paratonnerre1 Paratonnerre à tige simple (PTS),

- Facilité de mise en œuvre - Limité à la protection de structure de faibles dimensions.

- Economiquement intéressant - Contrainte de tenue mécanique des mâts.

- Intégration possible à l’architecture du bâtiment sans altération de l’esthétique  

Type de paratonnerre

2 Paratonnerre à cage maillée

- Diminution des effets de rayonnement électromagnétique à l’intérieur de la structure protégée. Répartition des courants entre plusieurs descentes.

- Mise en œuvre lourde et coûteuse.

- Contribue à l’équipotentialité globale des masses et terres.

- Souvent inesthétique de par la complexité de sa structure.

Type de paratonnerre 3 Paratonnerre à fils tendus

- Diminution des effets de rayonnement électromagnétique à l’intérieur de la structure protégée. Répartition des courants entre plusieurs descentes.

- Les fils tendus peuvent être des obstacles dangereux dans les zones de manutention avec utilisation d’appareil de levage.

- Contribue à l’équipotentialité globale des masses et terres.

- Mise en œuvre difficile et coûteuse.

- Protection des zones ouvertes- Souvent inesthétique de par la complexité de sa structure

Les schémas de protection contre la foudre

1 Protection extérieure

Protection contre la foudre

2 Protection intérieure (parafoudre ou parasurtenseur)

Les parafoudres sont toujours câblés

en parallèle et associés à des systèmes de déconnexion conformément à la norme NFC 15-100.

Les parafoudres sont disponibles soit à l’unité (fixation sur rail symétrique de 35 mm) soit en coffrets pré câblés (incluant les parafoudres, les dispositifs de déconnexion…). Les câbles de raccordement des parafoudres doivent avoir une section identique à la ligne à protéger (maximum 50 mm²).Le câble de mise à la terre doit avoir une section «égale à la moitié de celle du conducteur de protection principal de l’installation, avec un minimum de 4mm² (sauf en présence d’un paratonnerre sur la structure ; dans ce cas, la section minimum est de 10mm2) et un maximum de 50mm².

1 protection simple

2 Protection en cascade

L’installation peut-être prévue en tête d’installation (primaire) ou à proximité des équipements à protéger (secondaire). Le parafoudre de tête privilégie la protection de l’ensemble de la distribution électrique et nécessite un modèle robuste (I max et In élevés) qui résiste à de fortes sollicitations.

A l’inverse, le parafoudre secondaire privilégie la protection fine de proximité contre la partie résiduelle des surtensions filtrées par l’étage primaire. Cet étage secondaire limite également les phénomènes de sur oscillations pouvant apparaître sur le circuit électrique. Une attention particulière sera donc portée au critère Up (niveau de protection) qui sera idéalement le plus faible possible.

Dans ce cas d’une installation de protection primaire puis secondaire (en cascade), il est nécessaire de respecter les règles de coordination des parafoudres.

Différents régime de neutre

Schéma de protection d'une maison

Les parafoudres de tête doivent êtredisposés directement en aval du dispositifassurant la fonction de sectionnementen tête d'installation. En tarif bleu,ce parafoudre doit être placé immédiatementen aval de l'appareil Général de Commandeet de Protection qui est ledisjoncteur de branchement.

Protection d'installation photovoltaïque

Parasurtenseur photovoltaïque unipolaire avec dispositif decourt-circuit intégré.

Activation du dispositif de déconnexion et de court-circuit garantissant uneexploitation fiable sans risque d’incendie malgré undéfaut d’isolement dans le circuit du générateur PVpour un courant de court-circuit jusqu’à 80 A maxjusqu’à la remise en état du système PV.Fig 9.18.1.6 Concept de protection contre les surtensionsd’un système

2 protection intérieur ou parasurtenseur

1 Parafoudre téléphone

Les parafoudres téléphoniques permettent de protéger les équipements raccordés aux lignes téléphones (fax, modem, centraux téléphoniques…).

2 Parafoudre de réseaux

Parafoudres permettant la protection contre les surtensions des équipements raccordés à des réseaux informatiques et industriels standards ou spécifiques.

3 Parafoudre data

Parafoudres permettant la protection contre les surtensions des équipements électroniques de transmission, E/S TOR ou analogiques.

4 Parafoudre d’alimentation

Parafoudres permettant la protection contre la surtension des équipements raccordés à des alimentations continues de 12 à 48 VDC : capteurs, actionneurs, transmetteurs, automates, périphériques d'acquisition.

Conclusion

Cette référence passe par la maîtrisede la coordination de l'isolement enbasse tension et tout d'abord parl'application d'une méthode simpled'investigations conduisant à desassociations et choix de matériels et deparafoudres. Ces derniers (lesparafoudres) devant limiter lessurtensions prévisibles sur le réseau àun niveau acceptable par les premiers(les matériels).Pour cela il faut :

d'avoir une prise de terre des٭utilisations unique,de respecter la distance minimale ٭entre deux parafoudres,de choisir un dispositif DR sélectif ou ٭retardé quand il est placé en amontd'un parafoudre.Alors que les normes concernant lesparafoudres sont stabilisées, cellesrelatives à la coordination de l'isolementdans les installations électriques BTdevraient l'être sous peu. Force est deconstater que les métiers de l'électricitédoivent donc rapidement s'adapter poursatisfaire les exploitants.Pour réussir cette évolution, il convientde souligner l'importance que peuventavoir les documents des constructeursde parafoudres (cf. Guide ParafoudreMerlin Gerin) qui réunissent tout à lafois :des explications simplifiées des ٭phénomènes de surtensions et deperturbations électromagnétiques,les éléments techniques ٭indispensables aux choix et surtout auxassociations, précités.

estimer les surtensions (d'origine٭atmosphérique, de manœuvre ou àfréquence industrielle) qui peuventapparaître sur le réseau électrique.connaître les caractéristiques des ٭matériels installés et plusparticulièrement leur tenue aux ondesde choc,choisir les protections en tenant ٭compte des deux points précédentsmais aussi du schéma les liaisons à laterre du réseau électrique.Mais cette «approche théorique» doitêtre complétée d'un savoir-faired'installateur : comme il l'a été expliquédans les pages précédentes, le non respectde quelques règlesélémentaires rendent parfaitementinefficaces des parafoudres même bienchoisis. Dans cedomaine il faut bien se souvenir del'importance :de raccourcir les connexions des ٭Parafoudres,

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