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 produit accompagnée d'une onde acoustique : le tonnerre (engendré par la brutale dilatation de l'air surchauffé par l'arc électrique) LA FOUDRE est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive Certains nuages (cumulo-nimbus) créent les conditions météorologiques favorables à l'accumulation de charges électriques (condensateur géant) L éclair peut être de couleur différentes Jaune : 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 foudre Les 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 induction Un impact sur des lignes aériennes d’alimentation électrique ou sur les lignes de télécommunications crée une surtension qui est véhiculée le long de ces lignes et qui peut entraîner la destruction des appareils qui y sont raccordés Le rayonnement électromagnétique dû à la foudre produit des tensions induites dans les circuits formant des boucles et peut entraîner la destruction ou 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 probable le parcours de la foudre par son intermédiaire Son rôle principal est d'éviter des incendies et des dégradations de la structure du bâtiment qu'il protège Il est connecté à la terre par des conducteurs de "descente

Types de paratonnerre 1 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.

3 Paratonnerre à fils tendus 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) 1 protection simple 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.

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 être disposés directement en aval du dispositif assurant la fonction de sectionnement en tête d'installation. En tarif bleu, ce parafoudre doit être placé immédiatement en aval de l'appareil Général de Commande et de Protection qui est le disjoncteur de branchement.

Protection d'installation photovoltaïque Activation du dispositif de déconnexion et de court-circuit garantissant une exploitation fiable sans risque d’incendie malgré un défaut d’isolement dans le circuit du générateur PV pour un courant de court-circuit jusqu’à 80 A max jusqu’à la remise en état du système PV. Fig 9.18.1.6 Concept de protection contre les surtensions d’un système Parasurtenseur photovoltaïque unipolaire avec dispositif de court-circuit intégré.

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 ٭estimer les surtensions (d'origine atmosphérique, de manœuvre ou à fréquence industrielle) qui peuvent apparaître sur le réseau électrique. ٭ connaître les caractéristiques des matériels installés et plus particulièrement leur tenue aux ondes de choc, ٭ choisir les protections en tenant compte des deux points précédents mais aussi du schéma les liaisons à la terre du réseau électrique. Mais cette «approche théorique» doit être complétée d'un savoir-faire d'installateur : comme il l'a été expliqué dans les pages précédentes, le non respect de quelques règles élémentaires rendent parfaitement inefficaces des parafoudres même bien choisis. Dans ce domaine il faut bien se souvenir de l'importance : ٭ de raccourcir les connexions des Parafoudres, ٭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 amont d'un parafoudre. Alors que les normes concernant les parafoudres sont stabilisées, celles relatives à la coordination de l'isolement dans les installations électriques BT devraient l'être sous peu. Force est de constater que les métiers de l'électricité doivent donc rapidement s'adapter pour satisfaire les exploitants. Pour réussir cette évolution, il convient de souligner l'importance que peuvent avoir les documents des constructeurs de parafoudres (cf. Guide Parafoudre Merlin Gerin) qui réunissent tout à la fois : ٭ des explications simplifiées des phénomènes de surtensions et de perturbations électromagnétiques, ٭ les éléments techniques indispensables aux choix et surtout aux associations, précités. Cette référence passe par la maîtrise de la coordination de l'isolement en basse tension et tout d'abord par l'application d'une méthode simple d'investigations conduisant à des associations et choix de matériels et de parafoudres. Ces derniers (les parafoudres) devant limiter les surtensions prévisibles sur le réseau à un niveau acceptable par les premiers (les matériels).Pour cela il faut :

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