Protection électrique du risque d'orage

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Ce document (en français) constitue une aide à la mise en place d'une protection contre les surcharges liées à la foudre sur une installation électrique domestique
This document (in french) intends to help implementing a protection against electrical surges due to lightning on a domestic electricity network
Mise à jour de Juin 2016
Updated June 2016

Publié dans : Technologie
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  • Protection électrique du risque d'orage

    1. 1. Protection électrique du risque d’orage Patrick Prin Version 2 - Juin 2016
    2. 2. Introduction et avant-propos  Ce document a uniquement pour but de donner un aperçu du type de solution à mettre en œuvre pour protéger une installation électrique domestique de la foudre.  Il fait la synthèse d’une expérience pratique et de lecture d’ouvrages spécialisés en électricité et installations électriques.  Il ne prétend pas résoudre tous les problèmes engendrés par la foudre sur une installation électrique domestique, mais doit être considéré comme une aide documentaire.  La protection d’une installation électrique contre la foudre doit être considéré comme un processus itératif, car le problème peut ne pas être résolu en une seule fois.  Si le disjoncteur EDF 500ma se déclenche de façon systématique en cas d’orage, il peut ne pas y avoir de solution gérable au niveau de l’installation domestique elle-même. Cela peut-être le cas avec les anciens disjoncteurs EDF type 1970-1980, la première chose à faire est de demander à EDF de le remplacer avec un disjoncteur de dernière génération plus résistant aux surintensités dues à la foudre.
    3. 3. Le risque d’orage  Le risque lié aux orages et à la foudre est particulièrement présent dans un grand quart sud est de la France ainsi que ceux bordant la Gironde et la Corse, où l’indice kéraunique est élevé.  Ce découpage (voir en annexe) reste théorique et il peut y avoir de violents orages dans des régions où ceux sont peu fréquents.  Dans ces régions, l’installation d’un parafoudre est d’ailleurs obligatoire selon la norme NF EN 61643-11, bien qu’elle ne soit pas systématiquement respectée.  En théorie, l’installation d’un parafoudre n’est pas indispensable si une maison est équipée d’un paratonnerre, qui va dévier l’impact de foudre vers la terre, protégeant ainsi le logement. En pratique, le parafoudre va compléter la protection du paratonnerre avec une protection des équipements interne au domicile.  Le risque est également lié à la situation de la construction. Si elle se situe en vallée ou dans un creux, avec plusieurs autres constructions placées plus haut et équipées de paratonnerres, il sera moindre.  Dans tous les cas, une protection des appareils électroniques sera en général nécessaire car la foudre peut tomber sur les lignes électriques, téléphoniques ou antennes de télévision, et avoir un effet assez dévastateur sur les équipements raccordés.
    4. 4. La foudre: quel impact sur les circuits électriques?  Les décharges de foudre peuvent avoir un impact destructeur sur une installation électrique, en détériorant des équipements électroniques par exemple  La foudre en tombant sur un conducteur électrique crée en général une surtension qui peut atteindre plusieurs milliers d’ampères  Il faut différencier deux cas d’impact: • Impact sur réseau EDF en amont d’une installation domestique Ce cas de figure est le plus fréquent et se limite en général à un impact de proximité, à quelques centaines de mètres de l’installation. Le réseau EDF est protégé des fortes surtensions, et peut se mettre hors circuit pendant un court laps de temps le cas échéant. • Impact direct sur réseau domestique, ce qui est peu fréquent mais peut se produire dans une résidence isolée par exemple La seule protection vraiment efficace dans un tel cas est la mise en place d’un paratonnerre ou un système équivalent permettant de dévier la majeure partie de la surtension. Une protection complémentaire pour la surtension résiduelle est également nécessaire, ne serait-ce que pour protéger l’appareillage électronique souvent sensible aux surtensions.
    5. 5. Schéma: impacts de foudre Réseau EDF Réseau domestique Impact de foudre Impact de foudre Impact de foudre sur le réseau EDF: • Impact fort: les protections du réseau vont gérer la surtension en coupant momentanément la ligne impactée. • Impact faible: la surtension va être gérée par les parafoudres qui vont en évacuer la majeure partie vers la terre. Une surtension résiduelle peut néanmoins atteindre votre réseau domestique si l’impact de foudre est proche (moins de 1 ou 2km). Les disjoncteurs modernes 500ma résistent en général assez bien à ces surtensions résiduelles et ne déclenchent pas. Impact de foudre sur le réseau domestique: • Impact direct: seul la présence d’un paratonnerre et d’un parafoudre peut protéger efficacement l’installation de dommages. • Impact indirect: la surtension transmise par le réseau EDF peut entrainer des dégâts en cas d’absence d’un parafoudre. Dans les deux cas, le ou les disjoncteurs secondaires en 30ma peuvent se déclencher pour absorber une partie de la surtension
    6. 6. Comment protéger une installation domestique?  Il y a plusieurs leviers possibles pour protéger une installation domestique contre les impacts de foudre.  Pour mettre en œuvre une protection appropriée au risque d’impact des orages, il est important de comprendre la configuration de l’installation et si possible avoir visibilité sur l’historique des perturbations subies par l’installation.  Il faudra en particulier:  Vérifier la mise à la terre de l’installation et le cas échéant en réaliser une nouvelle si elle n’est pas conforme  Localiser les points de faiblesse éventuels de l’installation détectables en période orageuse  Installation d’un parafoudre  Installation de disjoncteurs spécifiques  Contrôle du bon fonctionnement de l’ensemble et diagnostic a posteriori  L’installation d’un paratonnerre doit être réalisée par des professionnels si elle s’avère réellement nécessaire (maison isolée sur une hauteur par exemple).
    7. 7. La mise à la terre  La première chose à vérifier dans tous les cas est la mise à la terre de l’installation. La résistivité de la terre doit être inférieure à 100 ohms pour être conforme à la norme NF C15-100, et mais il est préférable qu’elle soit en dessous de 50 ohms pour être vraiment efficace.  Si l’installation domestique ne comporte pas de mise à la terre d’un niveau acceptable, il est possible de réaliser une mise à la terre par l’intermédiaire d’un piquet de terre qui doit être enfoncé à 2 mètres de profondeur dans le sol.  Le sol à deux mètres de profondeur à une très bonne résistivité aux courants électriques et un potentiel proche de zéro  La mise à la terre va permettre d’absorber l’essentiel des surtensions dues à la foudre, mais protège également des courants de défaut liés à un court-circuit ou une mauvaise isolation d’un appareil domestique.  On mesure en général la résistivité d’une mise à la terre avec un telluromètre, appareil très coûteux donc plutôt faire intervenir un électricien pour faire cette mesure. Il est possible de l’évaluer avec un mesureur de boucle, mais la mesure sera dans ce cas plus approximative quoique suffisante.  On peut aussi vérifier l’existence d’une terre avec un appareil de test de prise électrique (à partir de 20 euros) mais cela ne donnera pas d’indication sur sa valeur, seulement l’indication d’un raccordement correct
    8. 8. Localiser les points de faiblesse de l’installation  Avant d’intervenir sur une installation domestique pour la protéger contre les impacts de foudre, il est nécessaire de bien comprendre quels sont les points de faiblesse s’il y en a.  Questions typiques à poser:  Que se passe-t-il en cas d’impact de foudre? Est-ce qu’un disjoncteur en particulier se déclenche? Disjoncteur principal EDF? Un des disjoncteurs secondaire? Lequel?  Les appareils censés conserver le froid (congélateur, réfrigérateur) sont ils mis hors tension?  Le point de faiblesse est-il toujours le même? C’est-à-dire un disjoncteur en particulier? Ou est-ce qu’il y en a plusieurs?  Est-ce que le disjoncteur mis en cause ne serait pas trop sensible par rapport à son rôle dans l’installation (courbe B au lieu de C par exemple)? Ou un différentiel 30 milliampères ne serait-il pas trop chargé?  En fonction des réponses à ces questions il sera possible de déterminer la meilleure approche pour protéger l’installation  Le cas de figure le plus complexe à gérer est celui où il n’y a pas de schéma identique se reproduisant, mais cela est assez rare.
    9. 9. Installation d’un parafoudre  Dans presque tous les cas ou la protection contre l’orage est nécessaire voire indispensable, il faut un parafoudre.  L’installation d’un parafoudre suppose la présence d’une mise à la terre de bonne qualité, avec une résistivité inférieure à 50 Ohms. A défaut, le parafoudre ne pourra pas jouer son rôle ou va se détériorer de façon précoce.  Le parafoudre doit être installé immédiatement après le disjoncteur différentiel EDF, et protégé par un disjoncteur spécifique 20A courbe C pour éviter qu’il ne mette l’installation en défaut dans le cas où il se mettrait en court-circuit. Certains parafoudres intègrent d’ailleurs un disjoncteur (il sont auto protégés).  Le choix du parafoudre doit se faire en fonction de l’installation (monophasée ou triphasée) mais aussi de la surtension et l’intensité maximale de décharge estimée.  Un parafoudre doit pouvoir absorber une surtension de plusieurs dizaines de volts, et un surcroît d’intensité de 10KA au minimum.  La plupart des parafoudres standard du marché respectent ce minimum de performance, mais il vaut mieux choisir un parafoudre ayant des performances plus élevées par défaut.  Il est préférable de choisir un parafoudre à cartouches débrochables, ce qui évite d’avoir à changer la totalité de l’équipement lorsqu’il n’est plus opérationnel. On change seulement une cartouche si elle devient défectueuse.
    10. 10. Installation de disjoncteurs spécifiques  Le parafoudre va absorber l’essentiel de la surtension ou surintensité générée par l’impact de foudre, mais il ne sera pas toujours suffisant pour la neutraliser complètement.  La surtension résiduelle va souvent provoquer le déclenchement d’un ou plusieurs disjoncteurs.  Il existe sur le marché depuis plusieurs années des disjoncteurs de type HPI ou HI (Haute Immunité), censés résister aux surtensions ponctuelles. Ce type de disjoncteur est assez onéreux, mais peut suffire à absorber ces surtensions résiduelles et protéger le circuit qui est en aval.  Le disjoncteur HPI peut néanmoins se déclencher en cas de surintensité très importante, ou pour un problème spécifique au circuit comme une fuite à la terre.  La surtension va sans doute se manifester ailleurs, sur un autre circuit non protégé par ce type de disjoncteur. Ce n’est pas une protection absolue surtout si la résistivité de la mise à la terre n’est pas bonne ou si les protections en amont ne sont pas adaptées (problème de Sélectivité).
    11. 11. Installation de disjoncteurs spécifiques  Il faut impérativement que le Disjoncteur de Branchement soit de type « S » pour qu’il déclenche avec un retard permettant à une autre protection en aval de se déclencher.  Les protections entre le Disjoncteur de Branchement et le disjoncteur HPI s’ils y en a doivent être soit de type Sélectif, soit également être à haute immunité.  Il est également important de laisser un ou plusieurs point de faiblesse dans l’installation sans conséquence si déclenchement, et de limiter le nombre de disjoncteurs HPI.  Si toute l’installation est à Haute Immunité, alors le Disjoncteur de Branchement déclenchera même s’il est Sélectif.  Il existe d’autres solutions spécifiques avec des disjoncteurs à test et réarmement automatique, mais cette solution n’est pas conforme à la norme française NF C15-100.
    12. 12. Contrôle de l’installation et diagnostic a posteriori  Une fois le parafoudre installé et le ou les disjoncteurs spécifiques mis en place, il faudra bien sûr contrôler ce qui se passe lors d’une période orageuse.  Dans le meilleur des cas, l’installation va résister aux impacts de foudre et il n’y aura plus aucun déclenchement intempestif donc la protection sera effective.  Dans le pire des cas, assez peu fréquent, le problème va persister et il faudra chercher une autre solution ou la compléter.  Dans certains cas intermédiaires, le disjoncteur précédemment incriminé ne va plus se déclencher, mais le problème va se déplacer vers un autre circuit (une nouvelle faiblesse de l’installation va être identifiée): • Soit cela n’a pas d’impact majeur sur la partie de l’installation qui va être privée de courant (éclairage ou appareils non critiques) • Soit cela génère un nouveau problème avec risque de perte d’aliments réfrigérés ou congelés, risque de gel, etc… auquel cas il faudra revoir l’installation (mise à la terre, second disjoncteur HPI, etc…) • C’est donc un processus itératif mais qui donnera des résultats positifs avec de la persévérance.
    13. 13. Informations de contact En cas de questions ou remarques sur ce document, vous pouvez par email. patrick.prin@gmail.com
    14. 14. Annexe Informations complémentaires
    15. 15. Carte du niveau kéraunique en France  Les départements en rouge sur cette carte indiquent un niveau kéraunique élevé, c’est-à-dire supérieur à 25  Il s’agit du nombre de jours d’orage avec impacts de foudre par an  Dans ce cas, l’installation d’un parafoudre est obligatoire  Elle est néanmoins recommandée dans les département où le niveau est proche de 25.

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