EN 62305 Protection contre la foudre

La série de normes EN 62305 couvre spécifiquement la protection contre la foudre des structures, de leur contenu, des personnes et du bétail.

La norme EN 62305 reconnaît que nous vivons désormais à l'ère électronique, faisant de la protection LEMP (Lightning Electromagnétique Impulse) pour les systèmes électroniques et électriques une partie intégrante de la norme via la norme EN 62305-4. LEMP est le terme donné aux effets électromagnétiques globaux de la foudre, y compris les surtensions conduites (surtensions et courants transitoires) et les effets de champ électromagnétique rayonné.

La norme EN 62305 – 4 catégorise la source du dommage, le type de dommage et le type de perte.

Sources de dommages

Les dommages pouvant être causés par la foudre se subdivisent en :

• Dommages à une structure (y compris toutes les lignes électriques aériennes et enterrées entrantes connectées à la structure)
• Dommages causés à un service (le service faisant ici partie des réseaux de télécommunication, de données, d'alimentation électrique, d'eau, de gaz et de carburant).

Types de dommages

Chaque source de dommage peut entraîner un ou plusieurs des trois types de dommages. Les types de dommages possibles sont identifiés comme suit :

• D1 Blessures de personnes ou de bétail dues aux tensions de pas et de contact
• D2 Dommages physiques (incendie, explosion, destruction mécanique, rejet de produits chimiques) dus aux effets du courant de foudre, y compris les étincelles
• D3 Défaillance des systèmes internes due à une impulsion électromagnétique de foudre (LEMP).

Types de perte

Les types de sinistres suivants peuvent résulter de dommages dus à la foudre :

• L1 Perte de vie humaine
• L2 Perte de service au public
• L3 Perte du patrimoine culturel
• L4 Perte de valeur économique

Les relations de tous les paramètres ci-dessus :

Les relations de tous les paramètres ci-dessus :

* Uniquement pour les structures présentant un risque d'explosion et pour les hôpitaux ou autres structures où les défaillances des systèmes internes mettent immédiatement la vie humaine en danger.

** Uniquement pour les propriétés où des animaux peuvent être perdus.

Les dommages LEMP sont si répandus qu'ils sont identifiés comme l'un des types spécifiques (D3) contre lesquels une protection doit être fournie et peuvent survenir à partir de TOUS les points d'impact sur la structure ou les services connectés – directs ou indirects. Cette approche étendue prend également en compte le danger d'incendie ou d'explosion lié aux services liés à la structure, par ex. électricité, télécommunications et autres lignes métalliques.

La norme EN 62305 indique clairement que la protection structurelle contre la foudre ne doit plus être considérée indépendamment de la protection contre les surtensions/surtensions transitoires et étant donné que la foudre provenant de tous les points d'impact, directs ou indirects, sur la structure ou les services connectés crée un risque transitoire, les parafoudres sont un moyen de protection essentiel, que la protection structurelle contre la foudre soit présente ou non.

Formes d'onde de courant et de tension

La norme EN 62305 prend en compte les mesures de protection des lignes de service métalliques (généralement les lignes électriques, de transmission et de télécommunication) à l'aide de surtensions transitoires ou de dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) contre les coups de foudre directs ainsi que contre les coups de foudre indirects et les transitoires de commutation les plus courants. Des normes telles que la série EN 61643 définissent les caractéristiques des courants et tensions de foudre pour permettre des tests fiables et reproductibles des parafoudres (ainsi que des composants de protection contre la foudre).Bien que ces formes d'onde puissent différer des transitoires réels, les formes standardisées sont basées sur des années d'observation et de mesure (et dans certains cas de simulation). En général, ils fournissent une bonne approximation du transitoire du monde réel.

Les formes d'onde transitoires ont un front montant rapide et une queue plus longue. Ils sont décrits à travers leur valeur de crête (ou ampleur), leur temps de montée et leur durée (ou temps de descente). La durée est mesurée comme le temps nécessaire au transitoire d'essai pour diminuer jusqu'à la moitié de sa valeur maximale.

Les figures ci-dessous illustrent les formes d'onde courantes de courant et de tension utilisées pour tester les SPD pour les lignes secteur, de signaux et de télécommunications.

Frappes directes

La foudre directe peut injecter des courants de foudre partiels de forme d'onde 10/350 μs dans un système où une structure dotée d'un système structurel de protection contre la foudre reçoit un impact direct (Source S1) ou lorsque la foudre frappe directement une ligne de service aérienne (Source S3).

Grèves indirectes

Les éclairs distants ou indirects à proximité de la structure (Source S2) ou à proximité d'un service connecté à la structure (Source S4) dans un rayon allant jusqu'à 1 km (et donc beaucoup plus courants) sont représentés par la forme d'onde 8/20 μs. Les surtensions induites par les éclairs directs et les sources de commutation sont également représentées par cette forme d'onde. Avec un temps de décroissance ou de chute beaucoup plus court par rapport à la forme d'onde 10/350 μs, la forme d'onde 8/20 μs présente beaucoup moins d'énergie (pour un courant de crête équivalent) mais est toujourssuffisamment dévastateur pour endommager les équipements électriques et électroniques.

La norme EN 62305-1 reconnaît que la défaillance des systèmes internes (type de dommage D3) due à une impulsion électromagnétique de foudre (LEMP) est possible à partir de tous les points d'impact sur la structure ou le service – directs ou indirects (toutes les sources : S1, S2, S3 et S4).

Mesures de protection contre les surtensions (SPM)

La norme EN 62305-4 décrit un certain nombre de mesures visant à minimiser la gravité des surtensions transitoires provoquées par la foudre et les commutations électriques.

Les mesures de protection clés et fondamentales sont :

• Mise à la terre et liaison
• Blindage électromagnétique et acheminement des lignes
• Dispositifs de protection contre les surtensions coordonnés

D'autres mesures de protection supplémentaires comprennent :

• Extensions du LPS structurel
• Emplacement de l'équipement
• Utilisation de câbles à fibres optiques (protection par isolation)

Les SPM doivent également fonctionner et résister à l'environnement dans lequel ils se trouvent en tenant compte de facteurs tels que la température, l'humidité, les vibrations, la tension et le courant.

La sélection du SPM le plus approprié est effectuée à l'aide de l'évaluation des risques conformément à la norme EN 62305-2 en tenant compte de facteurs à la fois techniques et économiques. Par exemple, il peut ne pas être pratique ou rentable de mettre en œuvre des mesures de blindage électromagnétique dans une structure existante, de sorte que l'utilisation de parafoudres coordonnés peut être plus adaptée. Idéalement, il est préférable d'incorporer les SPD dès la phase de conception du projet, bien qu'ils puissent également être facilement installés dans des installations existantes.

Pour garantir le fonctionnement continu des systèmes critiques même en cas de choc direct, les SPD sont essentiels et doivent être déployés de manière appropriée, en fonction de la source de surtension et de son intensité en utilisant le concept de zones de protection contre la foudre (LPZ) de la norme EN 62305-4.

Le concept de zone de protection contre la foudre (LPZ)

La protection contre le LEMP repose sur un concept de Zone de Protection contre la Foudre (LPZ) qui divise l'ouvrage en question en plusieurs zones selon le niveau de menace posé par le LEMP. L'idée générale est d'identifier ou de créer des zones au sein de la structure où l'exposition à tout ou partie des effets de la foudre est moindre et de les coordonner avec les caractéristiques d'immunité des équipements électriques ou électroniques installés dans la zone. Les zones successives sontcaractérisé par des réductions significatives de la gravité du LEMP grâce à la liaison, au blindage ou à l'utilisation de SPD.

Zones externes :

• LPZ 0A est la zone soumise aux coups de foudre directs et peut donc devoir transporter jusqu'à la totalité du courant de foudre. Il s’agit généralement de la surface du toit d’une structure sans protection structurelle contre la foudre. Le champ électromagnétique complet se produit ici.
• LPZ 0B est la zone non soumise aux coups de foudre directs et correspond généralement aux parois latérales d'une structure ou d'un toit doté d'une protection structurelle contre la foudre. Cependant, le champ électromagnétique complet s'y produit toujours et des courants de foudre conduits, partiels ou induits, ainsi que des surtensions de commutation peuvent s'y produire.

Zones internes :

• LPZ 1 est la zone interne soumise aux courants de foudre partiels. Les courants de foudre conduits et/ou les surtensions de commutation sont réduits par rapport aux zones externes LPZ 0A, LPZ 0B, tout comme le champ électromagnétique si des mesures de blindage appropriées sont utilisées. Il s’agit généralement de la zone où les services entrent dans la structure ou où se trouve le tableau électrique principal.
• LPZ 2 est une zone interne située en outre à l'intérieur de la structure, où les restes de courants de choc de foudre et/ou de surtensions de commutation sont réduits par rapport au LPZ 1. De même, le champ électromagnétique est encore réduit si des mesures de blindage appropriées sont utilisées. Il s'agit généralement d'une pièce blindée ou, pour l'alimentation secteur au niveau de la zone du tableau de distribution secondaire.