PARAFOUDRE : Performances des parafoudres

Vous pouvez bien acheter le « meilleur » parafoudre du monde, si vous n’avez pas traiter les points vus précédemment :

Parafoudres Type I, Type II et Type III

Les parafoudres de Types I sont destinés aux sites équipés de paratonnerres et ou les interconnexion de terre ne sont pas faites: Cela ne nous concerne donc pas, nous intéressons aux parafoudre destinés à la protection des matériels électroniques.

Les parafoudres de Type II et Type III sont les parafoudres que vous utilisez pour protéger vos matériels.

Les marchands de parafoudres insisteront sur l’une ou l’autre des caractéristiques de leurs parafoudres suivant ce qu’ils veulent mettre en avant :

« Mon parafoudre est le meilleur car c’est le plus rapide »

« Mon parafoudre est le meilleur car il a la plus grosse capacité d’écoulement »

« Mon parafoudre est le meilleur car c’est le moins cher »

« Mon parafoudre est le meilleur car sa tension résiduelle est la plus faible »

Bref, le mieux c’est de comprendre comment cela fonctionne et ainsi d’éviter de se faire mener en bateau.

Six caractéristiques des parafoudres qui font techniquement références :

-Mode Commun/Mode Différentiel

-Surtension résiduelle Up,

-Capacité d’écoulement Imax,

-Courant nominal de décharge In,

-Tension statique d’amorçage Uc,

Et une qui impose malheureusement des limites : -Le prix

Mode Commun / Mode Différentiel

Certain parafoudre intègre des protection uniquement en mode commun, d’autres parafoudres en mode commun ET en mode différentiel. Les premiers parafoudres protègent des surtensions entre 1 fils et la terre, les seconds parafoudres protègent en plus des surtensions apparaissant entre fils.

Surtension résiduelle « Up » d’un parafoudre

Appelée aussi niveau de protection pour les parafoudres sur le réseau d’énergie, cette caractéristique est une des valeurs essentielle d’un parafoudre.

Up exprime, en kV, le niveau de tension que laisse passer le parafoudre en direction du produit à protéger. Elle est définie par le constructeur à l’issue de tests réalisés sur le parafoudre dans des conditions spécifiées.

Mais attention …

-Si l’on souhaite comparer les Up de deux parafoudres il faut que les In et Imax de ces parafoudres soit identiques,

-Les conditions « idéales » utilisées pour les tests des parafoudres ne sont que très rarement réunies sur site, il est donc impératif de soigner le plus possible l’installation des parafoudres pour tendre vers des conditions idéales qui permettent d’obtenir les résultats annoncés par les constructeurs de parafoudres.

-Up exprime, en kV, le niveau de tension que laisse passer le parafoudre en direction du produit à protéger de la foudre. Cette tension dépend :

– Du courant qui parcours le parafoudre,

– De la capacité d’écoulement In du parafoudre,

– De la valeur de la tension statique d’amorçage du parafoudre,

– De la vitesse de réaction du parafoudre.

– De l’impédance de terre (Câblage en série ou en parallèle du parafoudre?)

Dans tous les cas et toutes choses égales par ailleurs, plus la valeur indiquée plus Up est faible, « meilleure » est le parafoudre.

Les ordres de grandeur des tensions résiduelles les plus courantes pour des parafoudres sont :

Tension nominale Tension résiduelle

400 V : 2500V

230 V : 1800V 1500V 1200V

Téléphone : 200V

Lignes signaux : 10 à 150V

Courant nominal de décharge « In » d’un parafoudre

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In peut être assimilée aux chocs foudres que peut « habituellement » écouler le parafoudre.

Dans la réalité plus intéressant que Imax, cette caractéristique est souvent négligée car, en ordre de grandeur, In ~ ½ ou 1/3 Imax

Capacité d’écoulement Imax

Imax peut être assimilée au plus gros choc foudre que peut écouler le parafoudre sans être endommagé.

Cette grandeur, qui s’exprime en kA, doit être déterminée en concordance avec le niveau d’exposition à la foudre du site de l’installation. voir aussi

Ce niveau d’exposition à la foudre dépend, comme vu précédemment, de divers facteurs cumulatifs :

– La densité de foudroiement locale.

– La longueur et la situation des lignes HTA, BT, RTC, LS, de liaison avec les capteurs.

– La topographie du site.

– L’environnement des lignes et du site.

– La qualité du réseau de terre de l’installation. Plus cette qualité est grande (impédance faible) plus le courant qui transitera par les protections foudres sera élevé.

La prise en compte de ces facteurs permet de déterminer les caractéristiques d’écoulement des parafoudres à sélectionner. Plus l’exposition au risque est élevé plus la capacité d’écoulement du parafoudre devra être forte.

Nous avons vu que les valeurs moyennes et maximum d’un choc foudre direct ont été définies à 40 kA en moyenne et 100 kA pour les maxima. Les parafoudres ne sont jamais soumis aux chocs directs puisqu’ils sont raccordés sur les lignes. En conséquence ils n’ont jamais à écouler les courants des chocs directs. On pourra donc considérer que 40 kA de capacité d’écoulement pour un parafoudre permet dans tous les cas de faire face aux situations les plus improbables.

En zone urbaine une valeur faible, 2,5 kA peut être suffisante.

En zone isolée très exposée (zone montagneuse par exemple) 40 kA pourront être considérés comme nécessaire.

Dans le monde de l’eau :

Des capacités d’écoulement de 8 à 10kA sont généralement retenues pour les sites « peu » exposés, c’est-à-dire urbain (postes de relèvements en ville, réservoirs en ville, etc…)

Des capacités d’écoulement de 15 à 20kA sont généralement retenues pour les sites les plus exposés, c’est-à-dire les réservoirs sur tours, stations de pompage isolées, matériels en zone rurales…

Tension statique d’amorçage des parafoudres: « Uc »

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Il s’agit de la tension qui, en courant continu, entraîne l’amorçage du parafoudre.

Cette valeur est spécifiée pour un courant au plus égal à un mA.

Il est évidemment impératif que l’Uc de la protection foudre soit supérieure à la tension crête de service.

Deux cas sont possibles : Uc proche de la tension crête de service et Uc loin de la tension crête de service

Plus l’Uc du parafoudre est proche de la tension crête de service, plus la protection foudre est efficace mais elle est alors sollicitée pour chaque surtension temporaire de faible amplitude et sa durée de vie est limité.

L’autre possibilité, une Uc de parafoudre éloignée de la tension crête de service, conduit à la situation inverse : efficacité faible et grande durée de vie. Mais, une Uc éloignée n’est pas un soucis pour peu que vous ayez prêté attention à sélectionner un parafoudre dont l’Up est inférieur au niveau d’immunité du matériel que vous voulez protéger.

Il est possible et souhaitable de vérifier l’évolution de cette tension d’amorçage avec un générateur de rampe de tension, pour déterminer l’exposition réelle de l’installation au risque de foudre. Cette vérification permettra aussi de déterminer si le parafoudre est proche de sa fin de vie et de procéder au remplacement du parafoudre avant qu’il ne provoque un incident. Le bon niveau de cette tension d’amorçage doit en fait être défini par le constructeur de la protection foudre. Le résultat de ce choix se traduira par une tension résiduelle et une durée de vie du parafoudre plus ou moins grandes.

Pour les réseaux d’énergie en régime IT, l’utilisateur de protection foudre vérifiera que la tension statique d’amorçage des parafoudres est supérieur à celle de l’isolateur de l’installation. Dans le cas contraire, un défaut d’isolement sur l’installation, ferait amorcer les protections foudre pour qu’elles écoulent le courant de défaut à la terre en lieu et place de l’isolateur.

En résumé,

il suffit de choisir le parafoudre :

-Mode commun et différentiel,

-Câblage en série,

-Imax le plus gros possible,

-In le plus gros possible,

-Up le plus faible possible,

-Uc le plus gros possible,

Mais voilà, il y a le prix

Le prix

Le prix d’un parafoudre est directement lié à sa capacité d’écoulement. Dans le choix d’un parafoudre le prix entre en ligne de compte.

Pour estimer l’utilité de protéger un système et apprécier le prix à y consacrer, seul le prix du matériel à protéger est souvent pris en compte.

Cette approche trop restrictive ne prend pas en compte le coût d’usage des protections foudres qui pourtant est le seul élément économique pertinent.

Pour des caractéristiques définies ce coût se détermine en fonction des éléments suivants :

1) La durée de vie du parafoudre Catalogue produits

Cette durée de vie du parafoudre est proportionnelle à l’écart entre Uc et la tension crête de service. Elle varie aussi en fonction des énergies écoulées par le parafoudre. Or, 2 parafoudres dont la tension statique d’amorçage est identique mais de capacités d’écoulement différentes peuvent présenter un prix dans un rapport de 1 à 4. Cet écart ne laissera aucun acheteur indifférent. Cependant la durée de vie de ces parafoudres peut varier dans un rapport de 1 à 1 000. La prise en compte du coût d’usage ne laissera aucun gestionnaire indifférent.

A titre d’exemple une varistance à oxyde de zinc à fort pouvoir d’écoulement peut supporter approximativement :

1 choc foudre à 20 kA

10 chocs foudre à 10 kA

100 chocs foudre à 5 kA

1 000 chocs foudre à 2,5 kA

En zone urbaine un parafoudre faible écoulement est suffisant, elle coûtera 4 fois moins à l’achat que si l’on choisit un parafoudre fort écoulement. Mais pour obtenir la même durée de vie il faudra en acheter 1000 fois plus.

Comme toujours, le gestionnaire devra choisir entre coût d’investissement et coût de fonctionnement.

2) Les frais liés au remplacement d’un parafoudre Catalogue produits

Pour être complet, dans l’exemple précédent, il faudra tenir compte aussi du temps nécessaire aux 1000 remplacements de parafoudres ainsi qu’aux déplacements afférents.

Au total,

on retient donc le parafoudre présentant :

1) Une protection en mode commun et mode différentiel,

2) Un câblage en série,

3) Un In au adapté au site, soit :

> 2,5 kA en zone urbaine

> 5 kA en zone rurale

> 10 kA en zone montagneuse isolée

4) Un Up (tension résiduelle) adapté au matériel à protéger,

5) Un Imax adapté au site soit:

> 5 kA en zone urbaine

> 10 kA en zone rurale

> 20 kA en zone montagneuse isolée

6) Un seuil d’amorçage élevé.

Fin de vie des parafoudres

A) Sur le réseau BT Catalogue produits

Les parafoudres, sur le réseau BT, sont toujours placés en aval de l’appareil général de protection.

Il s’agit le plus souvent d’un disjoncteur qui peut être :

– non différentiel,

– différentiel instantané,

– différentiel de type S,

– différentiel temporisé.

Pour limiter les déclenchements des dispositifs différentiels il est recommandé de choisir soit un différentiel temporisé soit un différentiel de type S (fonctionnement retardé de 45 ms) Ces disjoncteurs permettent de se prémunir contre les déclenchements dus à des courants de chocs foudre de l’ordre de 5 kA amenés par les lignes du réseau de distribution d’énergie.

Ils ne doivent pas assurer la fonction de protection thermique des parafoudres. Cette fonction doit être assurée par une déconnexion automatique interne ou externe au parafoudre. Ce système de déconnexion des parafoudres interrompt, par ouverture du circuit, l’emballement thermique du parafoudre qu’engendre l’échauffement de la varistance soumise à la faible circulation d’un courant permanent. Lorsque cette protection thermique est interne au parafoudre et placée en parallèle sur l’installation une signalisation visuelle doit indiquer que la protection de l’installation n’est plus assurée par le parafoudre.

Lorsque cette signalisation d’état ou « voyant de fin vie » s’active, cela signifie que le parafoudre est hors service mais lorsque le parafoudre est hors service il est rare que la signalisation soit activée (Elle ne le sera que si « la fin de vie » de la protection foudre est du a un emballement thermique du parafoudre).

B) Sur les autres types de lignes. Catalogue produits

Comme les protections foudre des lignes d’énergie, les parafoudres placés sur les lignes téléphoniques ou lignes de signaux meurent en court-circuit. Toujours, ou presque, installés en série sur la ligne, le parafoudre en court-circuit altère les signaux ou informations présents sur la ligne. L’information de fin de vie du parafoudre est alors sans équivoque.

Les normes ne demande évidement pas de déconnexion thermique sur ces parafoudres car, comme il ne s’agit pas de ligne d’énergie, il n’y a pas d’emballement thermique : la signalisation serait alors purement décorative.

Chapitre 1: PROTECTION FOUDRE : Rappels sur le phénomène foudre

Chapitre 2 : PROTECTION CONTRE LES CHOCS FOUDRES DIRECTS

Chapitre 3 : PROTECTION CONTRE LES CHOCS FOUDRES INDIRECTS

Chapitre 4 : PROTECTION CONTRE LES CHOCS FOUDRES INDIRECTS (suite)

Chapitre 5 : PERFORMANCES DES PROTECTIONS FOUDRES

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