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Auteur(s)
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Frédéric MACIELA : Ingénieur de l'École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Ingénieur de l'École Supérieure d'Électricité (SUPELEC) en Informatique Avancée - Ingénieur-chercheur au Laboratoire de Matériels Électriques à la Division Recherche et Développement d'Électricité de France (EDF R&D)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les dispositifs de protection des réseaux électriques à courant alternatif contre les surtensions sont généralement de deux types : l'éclateur et le parafoudre.
L'éclateur est encore utilisé sur les réseaux de distribution et de transport d'électricité, partout où l'isolation des matériels à protéger est compatible avec la protection fournie par les éclateurs, c'est-à-dire lorsqu'il s'agit d'isolation dans l'air ou de matériels pour lesquels il n'est pas économiquement intéressant de rechercher de très bas niveaux d'isolement : matériels à haute tension HTA ou moyenne tension (20 kV) et certains matériels à haute tension HTB (63 ou 90 kV) tels que, par exemple, les réducteurs de mesure.
Il est nécessaire, en revanche, d'utiliser des parafoudres dès que l'on veut réduire l'isolement des matériels, renforcer leur protection vis-à-vis des surtensions ou améliorer la qualité du service. Ces dispositifs présentent de meilleures caractéristiques de protection, moyennant toutefois un coût plus élevé. Il existe deux types principaux de parafoudres :
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l'un, dont la partie active est constituée d'éclateurs et de varistances au carbure de silicium (SiC), est appelé dans la suite du texte parafoudre au carbure de silicium et à éclateurs ;
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l'autre, dont la partie active est constituée uniquement de varistances à base d'oxyde de zinc (ZnO), est dénommé parafoudre à oxyde de zinc.
Ce dernier, apparu au début des années soixante-dix, est devenu très séduisant, dans un premier temps, en haute tension, puis, assez rapidement, en moyenne tension. Sauf très rares exceptions, le marché des parafoudres n'est aujourd'hui plus constitué que des parafoudres à oxyde de zinc.
Ces parafoudres sont, en effet, plus compacts, de conception plus simple, offrent des caractéristiques techniques supérieures et permettent d'envisager de nouvelles applications. Leur coût est maintenant très compétitif. Enfin, signalons que les progrès technologiques dans le domaine des isolations externes, associés aux nouvelles perspectives de mise en œuvre des varistances ZnO, ont permis, dès le début des années quatre-vingt, le développement d'une nouvelle génération de parafoudres, visant à mieux exploiter les avantages de la technologie ZnO. Il s'agit des parafoudres à oxyde de zinc à enveloppe en matériau synthétique.
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- Version archivée 1 de mars 1996 par Frédéric MACIELA, Alain ROUSSEAU, Isabelle HENNEBIQUE
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7. Choix des parafoudres
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Le choix du dispositif de protection, éclateur ou parafoudre, peut être effectué sur la base des critères :
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économique, car l'éclateur est moins cher que le parafoudre ;
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technique, car l'éclateur provoque une interruption de service et présente une dispersion importante des conditions d'amorçage (assurant donc une moins bonne protection).
Tout dépend ensuite du type de réseau et du niveau d'isolement des différents matériels à protéger.
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Le problème du choix d'un parafoudre au carbure de silicium et à éclateurs ou d'un parafoudre à oxyde de zinc se pose à peine car, très rapidement, les parafoudres à oxyde de zinc ont remplacé leurs homologues au carbure de silicium et à éclateurs, surtout pour les hautes et très hautes tensions. Les parafoudres à oxyde de zinc sont, en effet, usuellement considérés comme plus fiables et plus économiques.
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Enfin le choix d'un parafoudre à oxyde de zinc avec une enveloppe de porcelaine ou avec une enveloppe en matériau synthétique ou avec une enveloppe métallique ou intégré dans l'appareillage (dans le transformateur, par exemple) est relativement clair.
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Le parafoudre à enveloppe métallique ne se justifie que dans les postes électriques sous enveloppe métallique à isolation gazeuse (généralement en zone très polluée) ou dans des cas d'encombrement important .
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Le parafoudre intégré, rare en haute et très haute tensions, présente les mêmes possibilités d'utilisation que les parafoudres à enveloppe métallique pour un coût qui devrait être moindre. Toutefois, en cas de défaillance du parafoudre, il faut intervenir aussi sur l'appareil à protéger.
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Le parafoudre à oxyde de zinc à enveloppe synthétique fait maintenant pleinement partie de l'offre industrielle. Son coût est très compétitif par rapport à un parafoudre à enveloppe de porcelaine. Il faut noter que...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Varistance à base d'oxyde de zinc - . Revue Générale d'Électricité, no 9, oct. 1986.
-
(2) - HENNEBIQUE (I.), ROUSSEAU (A.), VICAUD (A.) - Connaissance et application des parafoudres à oxyde de zinc. Incidence sur la coordination des isolements - . CIGRE Session 86, article 33-10.
-
(3) - LOUIS (M.), VITET (S.), SCHEI (A.), LUNDQUIST (J.), STENSTROM (L.) - Comportement thermique des parafoudres à oxyde de zinc en milieu pollué - . CIGRE Session 92, article 33-208.
-
(4) - MACIELA (F.) - Energetic design and EDF distribution network experience of MV metal oxide surge arresters - . CIGRE SC 33.95 (Coll) IWD, article 1.20.
-
(5) - DUCREUX (J.-P.), MARQUES (G.), MACIELA (F.) - Electro-thermal behaviour of metal oxide surge arresters: numerical modeling by resolution of Maxwell's equation in a nonlinear complex permittivity dielectric - . ISH 1997.
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(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Livres et revues
Surges in high voltage networks - . Compilé par Klaus RAGALLER Plenum Publishing Corporation, 1979.
GARY (C.) - Les propriétés diélectriques de l'air et les très hautes tensions - . Direction des Études et Recherches d'Électricité de France, Eyrolles, 1984.
Guides de l'ingénierie électrique des réseaux internes d'usine - . Technique et documentation, Lavoisier, 1985.
Guide d'application des parafoudres aux réseaux de distribution - . Préparé par Ontario Hydro, Association Canadienne de l'Électricité, sept. 1988.
Parafoudres à oxyde métallique dans les réseaux alternatifs - . Publication CIGRE, no 60, Groupe de travail 06 du Comité d'Études 33, avril 1991.
SCHMITT (A.) - DEFLANDRE (Th.) - Les surtensions et les transitoires rapides de tension, en milieux industriel et tertiaire - . Direction...
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