Composants
Parafoudres basse tension - Composants. Réseaux basse tension
D4840 v3 Article de référence

Composants
Parafoudres basse tension - Composants. Réseaux basse tension

Auteur(s) : Alain ROUSSEAU

Date de publication : 10 mai 2017 | Read in English

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1 - Évolution technique et normative

2 - Composants

3 - Réseaux basse tension

4 - Conclusion

5 - Glossaire

Sommaire

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RÉSUMÉ

Cet article traite des composants constitutifs des parafoudres basse tension et du choix des parafoudres. La fin de vie des composants détermine la fin de vie du parafoudre. Les statistiques de surtensions de foudre permettent de se faire une idée de la contrainte que subira le parafoudre. Des indications sont données concernant le niveau de surtension de manœuvre. Pour choisir un parafoudre, la méthode la plus efficace réside dans l’analyse du risque foudre qui permet de déterminer quel est le bon moyen de protection en termes d’efficacité technico-économique et également son dimensionnement. Une version allégée de l’analyse du risque foudre adaptée au parafoudre est également présentée.

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Auteur(s)

  • Alain ROUSSEAU : Ingénieur école centrale de Lyon - DEA de génie électrique - Président du Comité International de Normalisation Parafoudres (IEC SC37A) - Président SEFTIM, Vincennes, France

INTRODUCTION

Les matériels électriques utilisés tant dans les applications domestiques que dans les applications industrielles sont de plus en plus sensibles aux surtensions, en raison de l’utilisation massive de composants électroniques. Les ampoules d’éclairage à incandescence, le moteur de la machine à laver ont une tenue intrinsèque contre les surtensions assez élevée. Pendant longtemps, leur protection contre les surtensions n’était donc pas un problème majeur.

De nos jours, les lampes à LED, les alarmes, ordinateurs, télévisions et même le programmateur de la machine à laver utilisent des composants électroniques, ce qui augmente leur fragilité vis-à-vis des surtensions. L’usage croissant de prises protégées (prises de courant avec parafoudre incorporé), que l’on peut trouver aussi bien dans les magasins de bricolage que dans les catalogues de vente par correspondance, témoigne bien de l’évolution rapide de la protection contre les surtensions et de sa pénétration dans le milieu domestique.

Néanmoins, les parafoudres ne se résument pas à ces prises protégées qui, en général, ne consistent qu’en une barrière secondaire contre les surtensions. Il faut installer d’abord des parafoudres dans le tableau d’entrée de l’installation afin de dériver le plus rapidement possible à la terre les surtensions dangereuses et assurer une fonction d’équipotentialité. Les parafoudres qui sont en aval de ce premier parafoudre (installés dans des tableaux divisionnaires ou dans les prises de courant) ne servent alors qu’à stabiliser le potentiel en des points sensibles du réseau et à dériver à la terre la faible partie de la surtension qui n’a pas été entièrement éliminée par le parafoudre de tête installé en amont. Les parafoudres et leur mode d’installation seront présentés dans l’article [D4841]. Il est, en effet, fondamental de bien choisir le ou les parafoudres nécessaires et aussi de les installer convenablement.

Cependant, les surtensions peuvent se propager jusqu’à l’appareil considéré, non seulement par les lignes d’énergie, mais aussi par les lignes téléphoniques (fax, répondeurs, box…), les câbles coaxiaux (antennes de télévision hertzienne ou satellitaire…), les circuits de données (prises USB ou HDMI des ordinateurs) ou, même, par le circuit de terre (cas d’un bâtiment protégé par un Système de Protection Foudre, par exemple). Les informations sur les réseaux basse tension utiles pour la sélection des parafoudres sont présentées dans le présent article.

Idéalement dans une structure, chacune des voies d’entrée pour les surtensions doit être protégée et une grande quantité de types de parafoudres existent donc sur le marché, en plus des parafoudres pour lignes d’énergie. La description de ces différents types de parafoudres fait l’objet de l’article [D4841].

Parallèlement, les composants utilisés dans les parafoudres ont évolué dans le sens d’une toujours plus grande fiabilité, d’une augmentation permanente de tenue en énergie et d’une amélioration du niveau de protection. Ces composants sont présentés dans le présent article.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-d4840

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2. Composants

On définit deux types de composants non linéaires utilisés dans les parafoudres : les composants limiteurs et les composants commutateurs. Ces termes sont peu parlants. On utilise souvent les termes plus usuels de composants non linéaires dont le plus connu est la varistance et de composants écrêteurs dont le plus connu est l’éclateur.

Dans le premier cas, la caractéristique courant-tension varie de façon continue. Un exemple typique est celui des varistances à oxyde de zinc (ZnO) (figure 4). Le paramètre à prendre en compte est le courant de foudre injecté et la réponse du composant à cette contrainte. Dès que la surtension est passée, le courant du réseau ne passe plus dans le composant.

Dans le second cas, le paramètre à prendre en compte est la surtension de foudre. Face à cette contrainte, la caractéristique du parafoudre varie brusquement. Un exemple typique est celui de l’éclateur (figure 4). Après passage de la surtension, il y a circulation du courant du réseau (appelé courant de suite) qui ne s’arrêtera qu’en fonction de certaines conditions du réseau et des caractéristiques de l’éclateur (éclateur auto-extinguible par exemple)

Comme on peut le constater, ces deux types de composants ont des comportements très différents et ne sont pas caractérisés par les mêmes paramètres. Ils vont donc être présentés séparément dans la suite. Il faut toutefois noter que certains composants solides (à base de silicium) sont du type limiteur alors que d’autres sont du type commutateur.

2.1 Varistances

Tous les paramètres caractérisant les parafoudres sont définis en détail dans la section 2 de l’article [D4841].

Ce sont les composants de base de type limiteur. Il existe un petit nombre de matériaux (à ce jour majoritairement l’oxyde de zinc, ZnO, même si des travaux récents concernent le carbure de silicium) qui possèdent une caractéristique...

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Sommaire
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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - XEMARD (A.) et al -   Étude statistique des surtensions induites dues à la foudre sur les ouvrages de distribution d’énergie et analyse du risque  -  Cired (1997).

  • (2) - Norme NF EN 62305-1 -   Protection contre la foudre Partie 1 : Principes généraux Évaluation des risques  -  (2012).

  • (3) - ROUSSEAU (A.), CREVENAT (V.) -   Protective levels at equipment terminals for various SPDs  -  Proceedings of the International Conference on Grounding and Earthing Salvador (2010).

  • (4) - ROUSSEAU (A.) et al -   Design of ZnO surge protective devices in case of direct lightning surges  -  International conference on lightning protection (ICLP) (1996).

  • (5) - CEI Rapport Technique 62066 -   Surtensions de choc et protection contre la foudre dans les réseaux à basse tension – Information générale fondamentale.  -  (2002).

  • ...

1 Outils logiciels

JUPITER : logiciel d’analyse du risque foudre selon la norme NF EN 62305-2, SEFTIM, France.

HAUT DE PAGE

2 Sites Internet

Association protection foudre http://www.apfoudre.fr/

SOS foudre http://seftim.com/?page_id=1405

HAUT DE PAGE

3 Normes et standards

NF EN 61643-11 (05-2014), Parafoudres basse-tension – Partie 11 : parafoudres connectés aux systèmes basse tension – Exigences et méthodes d’essai.

Cette norme traite des parafoudres pour réseaux basse tension à courant alternatif. Des versions spécifiques pour les applications continues sont en développement (IEC 61643-31 pour les parafoudres des applications photovoltaïques et IEC 61643-41 pour les autres applications courant continu. En Europe, il existe déjà une norme pour les parafoudres photovoltaïques NF EN 50539-11 qui sera à...

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