Protection contre les surtensions : que faut-il noter ?

Une protection efficace contre les surtensions ne se résume pas simplement à une installation. Il doit être adapté individuellement – ​​au système à protéger et aux conditions ambiantes qui prévalent sur le site. Pour cette raison, la conception et le concept doivent être cohérents. Cela signifie que de nombreux détails doivent être pris en compte, depuis la prise en compte des normes et prescriptions jusqu'à la classification selon la zone de protection contre la foudre.

Normes de protection contre la foudre et les surtensions

Les normes nationales et internationales fournissent un guide pour établir un concept de protection contre la foudre et les surtensions ainsi que pour la conception des dispositifs de protection individuels.

Protection contre la foudre selon CEI 62305:

Partie 1 : Caractéristiques des coups de foudre

Dans la partie 1 de cette norme [1], les propriétés caractéristiques des coups de foudre, la probabilité d'apparition et le potentiel de danger sont pris en compte.

Partie 2 : Analyse des risques

L'analyse des risques selon la partie 2 de cette norme [2] décrit un processus par lequel est analysée en premier lieu la nécessité d'une protection contre la foudre pour un système physique. Diverses sources de dommages, par exemple un coup de foudre direct dans le bâtiment, sont mises en évidence, tout comme les types de dommages qui en résultent :

• Impact sur la santé ou perte de vie

• Perte de services techniques pour le public

• Perte d'objets irremplaçables d'importance culturelle

• Pertes financières

Les avantages financiers sont déterminés comme suit : comment le coût total annuel d'un système de protection contre la foudre se compare-t-il aux coûts des dommages potentiels sans système de protection ? L'évaluation des coûts est basée sur les dépenses liées à la planification, au montage et à la maintenance du système de protection contre la foudre.

Parties 3 et 4 : Aides à la planification et spécifications

Si l'évaluation des risques détermine qu'une protection contre la foudre est nécessaire et rentable, alors le type et la portée des mesures de protection spécifiques peuvent être planifiés sur la base des parties 3 [3] et 4 [4] de cette norme. Le niveau de protection contre la foudre déterminé par la gestion des risques est déterminant pour déterminer le type et l'étendue des mesures.

Pour les structures physiques qui nécessitent un niveau de sécurité extrêmement élevé, presque toutes les frappes doivent être captées et évacuées en toute sécurité. Pour les systèmes où un risque résiduel plus élevé est acceptable, les impacts de plus faibles amplitudes ne sont pas capturés.

Protection contre les surtensions selon CEI 60364-4-44

Cette norme [5] décrit les conditions dans lesquelles les parafoudres doivent être utilisés dans les systèmes basse tension pour protéger l'installation électrique contre les surtensions. Le domaine d'application est ainsi limité aux surtensions provoquées par des influences atmosphériques ou résultant de procédures de commutation transmises par le système d'alimentation électrique. Les coups de foudre directs dans un système structurel ne sont pas pris en compte, seuls les coups de foudre dans ou à proximité des conduites d'alimentation.

De même, les systèmes structurels présentant un risque d'explosion ainsi que les applications structurelles susceptibles de causer des dommages à l'environnement (par exemple, les systèmes pétrochimiques ou les centrales nucléaires) ne sont pas inclus dans l'application de la norme. Pour ces processus, la norme relative aux coups de foudre CEI 62305 doit être utilisée exclusivement.

Des dispositifs de protection contre les surtensions doivent être utilisés si une surtension transitoire peut avoir des effets sur les éléments suivants :

• Vies humaines, par exemple systèmes de sécurité, hôpitaux

• Institutions publiques et culturelles, par exemple perte de services publics, de centres informatiques, de musées

• Activités industrielles ou commerciales, par exemple hôtels, banques, systèmes de production, fermes.

Mesures et équipements de protection de base

Afin de protéger de manière cohérente un système structurel contre la foudre et les surtensions, diverses mesures ou équipements de protection adaptés les uns aux autres sont nécessaires. Une grande division peut être faite comme suit :

• Protection externe contre la foudre

• Protection interne contre la foudre

• Mise à la terre et liaison équipotentielle

• Système SPD coordonné

Protection externe contre la foudre

La protection externe contre la foudre (Fig. 15) a pour objectif de détourner les coups qui s'approchent de l'objet à protéger et de transmettre le courant de foudre du point où il frappe jusqu'au sol. Ainsi, aucun dommage ne peut être causé par des effets thermiques, magnétiques ou électriques. La protection externe contre la foudre est systématique : elle est constituée de l'aérogare, des parafoudres et du système de mise à la terre.

Protection interne contre la foudre

Le système interne de protection contre la foudre doit empêcher la formation d’étincelles dangereuses à l’intérieur du système. Des étincelles peuvent être provoquées par le courant de foudre dans le système externe de protection contre la foudre ou dans d'autres parties conductrices du système structurel.

Le système de protection contre la foudre interne comprend la liaison équipotentielle et l'isolation électrique des systèmes de protection contre la foudre externes.

La liaison équipotentielle de protection contre la foudre est une combinaison de mesures qui évitent les différences de potentiel. Ils relient principalement le système de protection contre la foudre aux installations métalliques, aux systèmes internes ainsi qu'aux systèmes électriques et électroniques du système. Cela se produit au moyen de lignes d'équipotentialité, de parafoudres ou d'éclateurs isolants.

Mise à la terre et liaison équipotentielle

Le système de mise à la terre vise à distribuer et évacuer le courant de foudre capté vers la terre. Ici, le type de système de mise à la terre est plus important que la résistance de mise à la terre. Le courant de foudre est une impulsion très courte qui se comporte comme un courant haute fréquence. Une liaison équipotentielle efficace est également importante. La liaison équipotentielle relie toutes les pièces électriquement conductrices entre elles via des conducteurs – les conducteurs actifs sont protégés par des parafoudres. Ce faisant, ilprotège contre tous types d’accouplements.

Système SPD coordonné

Un système SPD coordonné est un système à plusieurs niveaux de dispositifs de protection contre les surtensions coordonnés les uns avec les autres.

Les étapes suivantes sont recommandées afin d'obtenir un système SPD hautes performances.

• Diviser le système structurel en zones de protection contre la foudre

• Incorporer toutes les lignes qui traversent différentes zones dans la liaison équipotentielle locale à l'aide de SPD appropriés.

• Coordonner différents types de SPD : les appareils doivent s'adresser les uns aux autres de manière sélective afin d'éviter la surcharge des composants individuels.

• Utiliser des lignes d'alimentation courtes pour la connexion en parallèle des SPD entre les conducteurs actifs et la liaison équipotentielle.

• Posez séparément les lignes protégées et non protégées.

• Uniquement équipement au sol via le SPD respectif (recommandé)

Zones de protection contre la foudre

Le choix de l'emplacement d'installation des parafoudres au sein d'un système structurel repose sur le concept de zone de protection contre la foudre expliqué dans la partie 4 de la norme de protection contre la foudre CEI 62305 [4].

Il divise les systèmes structurels en zones de protection contre la foudre (LPZ), et ce, de l'extérieur vers l'intérieur, avec des niveaux de protection contre la foudre décroissants. En zone extérieure, seuls les équipements résistants peuvent être utilisés. Toutefois, dans les zones intérieures, des équipements sensibles peuvent également être utilisés. Les différentes zones sont caractérisées et nommées comme suit :

LPZ0A

Zone non protégée à l'extérieur d'un bâtiment dans laquelle la foudre directe est une possibilité. Couplage direct des courants de foudre dans les lignes, champ magnétique non atténué du coup de foudre

LPZ 0B

Zone extérieure au bâtiment protégée des coups de foudre directs au moyen d'une aérogare. Le champ magnétique non atténué de la foudre n'a induit que des courants de pointe sur les lignes.

LPZ1

Zone à l'intérieur du bâtiment qui peut encore être soumise à des surtensions ou à des courants de surtension à haute énergie et à des champs électromagnétiques puissants

LPZ2

Zone à l'intérieur d'un bâtiment qui peut encore être soumise à des surtensions ou à des courants de pointe et à des champs électromagnétiques déjà considérablement affaiblis.

LPZ3

Zone à l'intérieur du bâtiment qui ne peut être soumise qu'à des surtensions ou courants de choc extrêmement faibles ou pratiquement inexistants et à des champs électromagnétiques très faibles ou inexistants.

Toutes les lignes qui traversent entre les zones doivent utiliser des parasurtenseurs coordonnés. Leurs valeurs de puissance sont basées sur la classe de protection à atteindre, qui est déterminée selon les prescriptions légales ou au moyen d'une analyse des risques. Lorsqu'il s'agit de sélectionner des dispositifs de protection contre les surtensions, utilisez la norme comme base, en supposant que 50% du courant de foudre sera déchargé vers la terre. L'autre 50% du courant de foudre est dirigé vers l'installation électrique via le réseau principal.liaison équipotentielle et à partir de là doit être éloigné du système SPD.