Protection électrique du risque d'orage

1 229 vues

Publié le

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 lightnings on a domestic electricity network
Mise à jour d'Avril 2017
Updated April 2017

Publié dans : Technologie
0 commentaire
0 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

  • Soyez le premier à aimer ceci

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
1 229
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
4
Actions
Partages
0
Téléchargements
45
Commentaires
0
J’aime
0
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive
  • This template can be used as a starter file to give updates for project milestones.

    Sections
    Right-click on a slide to add sections. Sections can help to organize your slides or facilitate collaboration between multiple authors.

    Notes
    Use the Notes section for delivery notes or to provide additional details for the audience. View these notes in Presentation View during your presentation.
    Keep in mind the font size (important for accessibility, visibility, videotaping, and online production)

    Coordinated colors
    Pay particular attention to the graphs, charts, and text boxes.
    Consider that attendees will print in black and white or grayscale. Run a test print to make sure your colors work when printed in pure black and white and grayscale.

    Graphics, tables, and graphs
    Keep it simple: If possible, use consistent, non-distracting styles and colors.
    Label all graphs and tables.

  • Protection électrique du risque d'orage

    1. 1. Protection électrique du risque d’orage Patrick Prin Version 3 - Avril 2017
    2. 2. Introduction et avant-propos  Ce document a pour but de donner un aperçu du type de solution à mettre en œuvre pour protéger une installation électrique domestique des effets 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. Il n’est pas adapté à une installation électrique industrielle.  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 de type 1970-1980, la première chose à faire est donc 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 ponctuellement y avoir de violents orages dans des régions où ceux-ci 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. Mais en pratique, le parafoudre va compléter la protection du paratonnerre avec une protection des équipements interne au domicile, donc il est à mon avis indispensable.  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 nécessaire car la foudre peut tomber sur les lignes électriques, téléphoniques ou antennes de télévision, et avoir un effet dévastateur sur les équipements raccordés.
    4. 4. La foudre: comment est-elle générée?  Lorsqu’il y a une différence importante de température entre la terre et l’air en moyenne altitude, et si la pression atmosphérique n’est pas trop élevée, on assiste à la formation de nuages de plus en plus épais, jusqu’à l’apparition de cumulo-nimbus.  Ces nuages qui ressemblent à des champignons bourgeonnant peuvent s’étirer sur plusieurs kilomètres de hauteur, et même dépasser les 8000 mètres d’altitude.  Les cumulo-nimbus agissent comme des condensateurs et se chargent d’électricité statique, négativement à la base du nuage, et positivement au dessus, par des phénomènes de gravitation et de convection.  Des décharges électriques se forment à l’intérieur du nuage entre des zones chargées positivement et celles chargées négativement. Puis des décharges se forment entre le nuage et le sol, en touchant en priorité les endroits les plus proches comme des sommets de collines ou montagnes, des bâtiments élevés ou des arbres.  Ces décharges de foudre ou éclairs s’accompagnent de tonnerre, bruit causé par l’échauffement de l’air par l’arc électrique. Le phénomène va s’amplifier jusqu’à ce que les différences de potentiel électrique à l’intérieur du nuage s’estompent. Il s’accompagne en général de pluie ou grêle, selon le niveau de température ambiant. Cumulus Cumulo-nimbus
    5. 5. La foudre: quel impact sur les circuits électriques?  Les décharges de foudre peuvent avoir un impact destructeur sur une installation électrique, en détériorant également les équipements électroniques  La foudre en tombant sur un conducteur électrique crée en général une onde de surtension qui peut atteindre plusieurs milliers d’ampères et une très haute fréquence, souvent amplifiée par un phénomène de résonnance.  Il faut différencier plusieurs cas d’impacts: • Impact sur réseau électrique 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 de distribution 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 sensible aux surtensions. • Impact sur la terre à proximité du réseau domestique: C’est un cas assez peu fréquent, le potentiel de terre peut monter et générer une onde de surtension du même type qu’un impact direct sur le réseau domestique (voir cas précédents).
    6. 6. Schéma: les impacts de foudre Réseau EDF Réseau domestique Impact de foudre Impact de foudre Impact de foudre sur le réseau de distribution: • 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 sélectifs résistent en général assez bien à ces surtensions résiduelles et ne déclenchent pas. Impact de foudre sur le réseau domestique: • Impact direct: seule la présence d’un paratonnerre et d’un parafoudre peut protéger complètement l’installation de dommages. Cas assez rare néanmoins. • Impact indirect: la surtension transmise par le réseau de distribution peut entrainer des dégâts en cas d’absence d’un parafoudre. Dans les deux cas, des disjoncteurs secondaires en 30ma peuvent se déclencher pour absorber une partie de la surtension, même en présence de parafoudre, sauf s’ils sont à haute immunité (voir disjoncteurs spécifiques).
    7. 7. Comment protéger une installation domestique?  Il y a plusieurs leviers possibles pour protéger une installation domestique contre les effets de la 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 qu’elle a subi.  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 et réseau aérien par exemple). Un parafoudre de type 1 est indispensable en complément de l’installation d’un paratonnerre.
    8. 8. 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 (boucle en fond de fouille), il est possible de réaliser une mise à la terre par l’intermédiaire d’un piquet de terre qui doit être enfoncé au minimum 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 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 à la terre.
    9. 9. 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 ampérage insuffisant)?  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.
    10. 10. Installation d’un parafoudre 1/2  Dans presque tous les cas ou la protection contre l’orage est nécessaire voire indispensable, il faut au minimum un parafoudre de type 2 dans le tableau principal.  L’installation d’un parafoudre suppose la présence d’une mise à la terre de bonne qualité, avec une résistivité si possible 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 dans le tableau principal, et protégé par un disjoncteur dédié 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.
    11. 11. Installation d’un parafoudre 2/2  L’installation d’un parafoudre (de type 2 en règle générale) dans le tableau principal permettra de protéger les équipements électriques standard du bâtiment (éclairage, chauffage, électroménager, etc…).  Elle ne permettra pas d’assurer entièrement la protection des équipements à haute sensibilité tels que: • Equipements informatiques • Téléviseurs, magnétoscopes • Téléphonie, Box ADSL, etc…  On peut ajouter un second parafoudre sur les tableaux divisionnaires, si une protection accrue est nécessaire.  Pour les équipements informatiques, un bloc multiprise équipé d’une protection contre la foudre peut être utilisé, voire un onduleur si le risque d’orage est très élevé.  Pour les téléviseurs et magnétoscopes, il est possible d’ajouter une protection foudre sur le câblage coaxial d’antenne.  Il existe également des parafoudre spécifiques pour les lignes analogiques de téléphonie ou ADSL.
    12. 12. Installation d’un parafoudre Exemple Tableau principal Coupure générale Interrupteur Différentiel 63A Type A Interrupteur Différentiel 63A Type AC C32 C20 C16 C16 C10 C10 C10 C10 C20 C20 C16 C16 C16 C10 C10 C10 C20 Parafoudre Type2 Bornierdeterre Principe: Le parafoudre doit être installé dans la partie amont du tableau principal, c’est-à-dire avant les interrupteurs ou disjoncteurs différentiels des différentes rangées du tableau. Si le tableau comporte une coupure d’urgence, il peut être installé immédiatement après. Il doit être relié au bornier principal de terre, avec une connexion la plus courte possible vers le bornier. Le parafoudre doit être protégé par un disjoncteur divisionnaire courbe C s’il n’est pas équipé d’un dispositif de coupure autonome lorsqu’il arrive en fin de vie. Pour les parafoudres à cartouches interchangeables, il est conseillé de vérifier leur état périodiquement. Un voyant indique si la cartouche est défectueuse. En triphasé, il y aura 3 cartouches Phase et 1 cartouche Neutre, mais le principe d’installation est exactement le même.
    13. 13. Les différents types de parafoudre en domestique Parafoudre de type 2 pour installation monophasée, avec déconnection automatique en fin de vie. Parafoudre de type 2 pour installation monophasée avec cartouches débrochables (peuvent-être changées en fin de vie). Parafoudre de type 2 pour installation triphasée avec cartouches débrochables. Parafoudre de type 3 pour protection fine du matériel électronique et informatique Parafoudre modulaire pour téléphone et ADSL, à installer sur l’arrivée de la ligne téléphonique. Parafoudre pour ligne coaxiale, à installer sur les circuits antennes de télévision ou satellite.
    14. 14. Installation de disjoncteurs spécifiques 1/2  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 peut souvent provoquer le déclenchement d’un ou plusieurs disjoncteurs sur les tableaux secondaires.  Il existe sur le marché depuis plusieurs années des disjoncteurs de type HPI ou HI (Haute Immunité), censés résister aux surtensions fugitives telles que celles provoquées par la foudre. Ce type de disjoncteur est assez onéreux, mais peut suffire à absorber ces surtensions résiduelles et éviter que le circuit en aval soit privé d’alimentation.  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).
    15. 15. Installation de disjoncteurs spécifiques 2/2  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’il y en a doivent également être à haute immunité, sinon le circuit sera quand même mis hors tension.  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 là où c’est indispensable  Si toute l’installation est à Haute Immunité, alors le Disjoncteur de Branchement déclenchera même s’il est Sélectif. Une telle installation serait une « hérésie ».  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.
    16. 16. 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.
    17. 17. Informations de contact En cas de questions ou remarques sur ce document, ou si vous avez besoin de conseils pour protéger une installation des effets de la foudre, vous pouvez me contacter par email. patrick.prin@gmail.com
    18. 18. Annexe Informations complémentaires
    19. 19. 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.

    ×