guide technique parafoudres zd234d 99

La protection du matriel lectrique et lectronique contre les effets indirects de la foudre

Comment choisir et mettre en oeuvre les parafoudres afin de garantir une protection maximale de linstallation lectrique

ZD 234dF - 99

IntroductionChaque anne, la foudre provoque en France la mort de dix vingt personnes et de milliers de btes. Elle cause galement dimportants dommages qui se chiffrent en plusieurs milliards de francs. Certains sites (glises, fermes isoles) ainsi que certaines structures (lignes ariennes, antennes) sont particulirement soumis des coups de foudre. Le dveloppement des quipements lectroniques et informatiques particulirement sensibles aux surtensions a aggrav limportance des dommages causs par la foudre. Environ 2000 orages existent en permanence dans le monde ; en France, le nombre de coups de foudre qui frappent le sol est de lordre de 1,1 million par an.

3

Il existe aujourd'hui des moyens pour assurer une bonne protection contre la foudre. Ce document a pour but d'approfondir les connaissances des professionnels au niveau :

De la connaissance du phnomne et du matriel de protection page 7 Pour bien protger une installation des effets de la foudre, il est ncessaire de comprendre la formation et la propagation de ce phnomne ainsi que le fonctionnement du matriel de protection.

Du choix de la bonne protection page 25 Cette partie regroupe tous les lments qui influent sur le choix des rfrences de parafoudres installer.

De la mise en uvre et des cas pratiques page 33 Cette partie commente et illustre par des schmas d'application les diffrents textes normatifs (NF C 15-100 ; UTE C 15-443) qui se rfrent au choix et aux rgles de mise en uvre des parafoudres. Elle prsente galement quelques exemples d'installations.

5

Connaissance du phnomne et du matriel de protection1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.3. 1.3. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 1.3. 1.3. 2.4. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. La foudre Le phnomne foudre Les effets de la foudre - les effets directs - les effets indirects La modlisation de la foudre Le parafoudre Son rle Sa technologie Ses caractristiques - fonctionnement normal - surtension La norme produit Les parafoudres modulaires Hager Les parafoudres dbrochables Deux versions de parafoudres de tte Protection en mode commun et diffrentiel Parafoudre en parallle ou en srie Caractristiques lectriques 9 9 10

13 14 14 15 16 16 16 17 18 18 18 20 21 22

7

1. La foudre1.1. Le phnomne foudre

Pendant les journes dt, lhumidit de lair ainsi que lchauffement du sol provoquent la formation dun important nuage : le cumulo-nimbus. Un vent violent au sein de ce nuage spare les charges lectriques ; le nuage se voit alors charg positivement son sommet et ngativement sa base.

A la surface du sol, en-dessous du nuage, se concentrent des charges positives. Une diffrence de potentiel de plusieurs millions de volts apparat entre sol et nuage ; lorsque lquilibre lectrostatique se rompt, une dcharge lectrique de plusieurs milliers dAmpres traverse lair pendant quelques millionimes de secondes : cest la foudre. Le tonnerre nest autre que londe de choc sonore qui accompagne cette dcharge.

;; ;; ;; ;; ;; ;;;; ;;;;10 km 2 km 9

1.2. Les effets de la foudre les effets directs

Ils se produisent au point dimpact de la foudre, Ils sont dus lcoulement du courant de foudre de trs forte intensit dans les lments plus ou moins conducteurs.rpartition des coups de foudre en fonction de leur amplitude

50 %

40 % 5%

4%100 200 kA

1%> 200 kA

< 30 kA

30 80 kA

80 100 kA

Le passage du courant de foudre peut avoir pour consquence : llectrocution de personnes ou danimaux, des incendies et la destruction de matriels par fusion ou dformation. Contre ces effets directs, on assure une bonne protection par la mise en place de paratonnerres tige, cage ou fil, selon le type de structure protger.

10

la foudre

les effets indirects ils sont issus des effets directs et transmis entre autres linstallation lectrique par : - conduction - rayonnement ou induction - monte en potentiel du rseau de - terre la surtension peut tre gnre par conduction : lorsque la foudre tombe sur une ligne HTA ou basse tension, la surtension cre atteint une dizaine de milliers de Volts et peut engendrer un courant de quelques milliers dAmpres.

la surtension peut tre gnre par rayonnement : lorsque la foudre frappe un arbre, le courant engendr peut atteindre quelques milliers dAmpres et transmettre des surtensions dans les installations lectriques environnantes.

la surtension peut tre gnre par une monte de potentiel du rseau de terre : lorsque la foudre frappe le sol ou une structure mise la terre, lcoulement du courant de foudre peut lever le potentiel de terre environnant plusieurs milliers de Volts.

la foudre

11

ces effets indirects se traduisent par des surtensions transitoires qui apparaissent sur les lignes lectriques ou les lignes tlphoniques et qui cheminent vers linstallation intrieure.

quelques s

basse tension dalimentation 230/400 V - 50 Hz

20 ms 10 ms 30 ms

40 ms 50 ms

La foudre et les dcharges lectrostatiques ne sont pas les seules origines des surtensions sur linstallation lectrique. Les commutations de contacts, les parasites tels que lallumage de lampes sodium, le fonctionnement de thyristors, les Impulsions Electro-Magntiques Nuclaires, etc. provoquent galement des signaux perturbateurs. Ces derniers sont videmment dun niveau moins lev que les surtensions dorigine atmosphrique. Les consquences des surtensions transitoires sont multiples : - Destruction des quipements lectro niques (tlviseurs, chanes hi-fi, micro ordinateurs, interfaces de rgulation et de commande des quipements lectriques, etc.). - Dtrioration des quipements lectriques et lectromnagers courants. - Perturbation des systmes informatiques, systmes dalarme et de signalisation, etc.

la surtension transitoire

- Vieillissement prmatur de linstallation lectrique par la dtrioration de la gaine isolante des cbles. Contre ces effets indirects, on assure une bonne protection par la mise en place de parafoudres.

12

la foudre

1.3. La modlisation de la foudre Des tudes plus approfondies des surtensions transitoires gnres par un coup de foudre direct ont montr que les surtensions peuvent tre modlises dans 90% des cas par deux ondes typiques : - londe de courant 8/20 - londe de tension 1,2/50I valeur crte : 100 % 90 %

Cest partir de cette modlisation que les performances des parafoudres ont t tablies.

T1 : temps de monte T2 : temps de descente 50 %

10 % 0 t Onde de courant 8/20

T1 = 8 s T2 = 20 s

U valeur crte : 100 % 90 % T1 : temps de monte T2 : temps de descente

50 % 30 %

t T1 = 1.2 s T2 = 50 s Onde de tension 1,2/50

la foudre

13

2. Le parafoudre2.1. Son rle Sans parafoudre, la surtension apparat dans le rseau lectrique aux bornes des matriels (schma 1). Afin de protger linstallation lectrique ainsi que le matriel et les personnes, le parafoudre doit permettre : dcouler lnergie destructrice du coup de foudre la terre (schma 3),

10kV

matriel sensible

10kV

parafoudre

matriel sensible

schma 1 : sans parafoudre, la surtension apparat aux bornes des matriels

schma 3 : coulement de lnergie foudre la terre

Lappareillage sensible claque alors entre conducteurs actifs et terre et toute lnergie foudre transite par ce matriel (schma 2) : il est dtruit.

de rduire au maximum les diffrences de potentiels entre les points de connexions du matriel au rseau (entre phases, neutre et terre) (schma 4).

10kV

matriel sensible

10kV

1 kV

parafoudre

matriel sensible

1 kV

schma 2 : sans parafoudre, le matriel claque

schma 4 : le parafoudre limite la surtension aux bornes du matriel

14

le parafoudre

2.2. Sa technologie La solution consiste insrer entre phases et neutre dune part, et, entre conducteurs actifs (phases, neutre) et terre dautre part, un dispositif impdance variable : en fonctionnement normal, il ne doit pas y avoir de connexion entre ces lments : le parafoudre se comporte en circuit ouvert (schma 1),

Diffrentes technologies existent : clateurs, diode dcrtage ... La technologie varistance est aujourdhui la solution la plus utilise pour la protection des installations lectriques basse tension.U

2 kV

400 V

I

r

matriel sensible

parafoudre en court-circuit pendant le passage du coup de foudre parafoudre en circuit ouvert en fonctionnement normal (400 V)

schma 1 : fonctionnement normal

tension aux bornes dune varistance en fonction de lintensit coule

pendant lcoulement de la surtension, il faut offrir au passage du courant de foudre une impdance la plus faible possible : le parafoudre se comporte en circuit ferm (schma 2).

Les varistances sont constitues de milliers de petits grains doxyde de zinc qui forment entre eux une multitude de jonctions. Chacune de ces jonctions peut tre assimile une diode Zner bidirectionnelle.

r

matriel sensible

enveloppe isolante couche mtallique de contact grain doxyde de zinc additif liant

schma 2 : pendant la surtensionconnexion

varistance oxyde de zinc

le parafoudre

15

2.3. Ses caractristiques fonctionnement normal En fonctionnement normal, le parafoudre doit tre le plus rsistif possible (circuit ouvert). On peut dfinir (schma 1) : la tension maximale de rgime permanent : Uc Cest la valeur admissible de la tension efficace frquence industrielle (50/60Hz) qui peut tre applique de faon continue entre les bornes du parafoudre sans affecter son fonctionnement. Exemple: Uc = 440V le courant de fonctionnement permanent : Ic Cest le courant circulant dans le parafoudre lorsquil est aliment sous sa tension maximale de rgime permanent Uc en labsence de dfaut. Exemple : Ic = 0,05 mA

surtension Pendant le passage de la surtension, le parafoudre doit tre le moins rsistif possible (circuit ferm). On peut dfinir (schma 2) : le courant nominal de dcharge : In Le parafoudre doit fonctionner au minimum 20 fois sans se dtriorer sous une onde de courant 8/20, de valeur crte gale In. Exemple: In = 20 kA le niveau de protection : Up Cest la valeur de tension qui subsiste aux bornes du parafoudre lorsque celui-ci est parcouru par son courant nominal de dcharge In. Exemple: Up = 1,5 kV Un parafoudre offrant la fois une protection en mode commun et mode diffrentiel est caractris par : - Up en mode commun (L, N / ) et - Up en mode diffrentiel (L / N) le courant maximal de dcharge : Imax Le parafoudre doit fonctionner au minimum 1 fois sans se dtriorer sous une onde de courant 8/20, de valeur crte gale Imax. Exemple: Imax = 65 kA.InU

Ic (50Hz) Uc (50Hz)

onde 8/20

t

Up

schma 1 : caractristiques aux bornes dune branche du parafoudre en fonctionnement normal (50Hz, 230/400V)

schma 2 : caractristiques aux bornes dune branche du parafoudre pendant lcoulement de la surtension

16

le parafoudre

Les surtensions peuvent apparatre entre phases et neutre ou entre phases, neutre et terre. Le parafoudre doit donc rduire la diffrence de potentiel : - entre les phases et la terre, et le neutre et la terre : cest la protection en mode commun,If Ph Isur

If N Isur protection protection

PE

If : I fonctionnement Isur : I surtension

- entre les phases et le neutre : cest la protection en mode diffrentiel.

If Ph

protection Isur N If

PE

If : I fonctionnement Isur : I surtension

2.4. La norme produit La norme produit des parafoudres est la NF C 61-740/1995. Elle traite des parafoudres protgeant les installations basse tension. Elle a un caractre gnral quelle que soit la technologie utilise. Tous les parafoudres Hager sont conformes cette norme.le parafoudre 17

3. Les parafoudres modulaires Hager3.1. Les parafoudres dbrochables Exemple : SP 240Rcontact de tlsignalisation section maxi de raccordement : 16 mm2 souple 25 mm2 rigide ergot cassable dtrompage : entre la cartouche Phase et la cartouche Neutre14 11 12

loquet bistable

indicateur de rserve de protectiondbro chab le

3.2. Deux versions de parafoudres de tte Les parafoudres de tte existent en 2 versions : une version simple qui dispose dun voyant fin de vie dont la couleur change lorsque le parafoudre est hors service,

OK18 les parafoudres modulaires Hager

une version toutes options avec un contact de tlsignalisation et un indicateur de rserve de protection

OKprvoir le remplacement

Suite plusieurs coups de foudre sur linstallation, le parafoudre passe en fonctionnement sur rserve de protection tout en continuant assurer sa fonction. Lutilisation du contact de tlsignalisation permet davertir lusager ou le service de maintenance afin de penser au remplacement de la cartouche. Avec cette version, on assure la fois la continuit de la protection (fonctionnement sur la rserve) et la continuit de service (possibilit de remplacer la cartouche tout en gardant linstallation en service).

14

11

12

Exemple de raccordement au contact de tlsignalisation : - visualisation par voyant de ltat - de marche, - signalisation sonore sur la rserve de - protection, en fin de vie et sur absence - de cartouche.

Ph

les parafoudres modulaires Hager

19

3.3. Protection en mode commun et diffrentiel La gamme de parafoudres multipolaires Hager assure simultanment la protection en mode commun et diffrentiel.

If Ph

If N Isur Mode diffrentiel Protection Mode commun et Mode diffrentiel

PE Isur Mode commun

20


3.4. Parafoudre en parallle ou en srie On classe les parafoudres en 2 grandes familles, en fonction de leur mode de raccordement une installation lectrique : en parallle : les parafoudres sont

connects en parallle avec les diffrents rcepteurs qu'ils protgent. Tous les parafoudres de tte Hager sont de ce type.

If Ph

If N

Protection parallle

PE

en srie : ces parafoudres possdent un niveau de tension Up faible. En fonctionnement normal, ils doivent pouvoir supporter le courant absorb

par les rcepteurs (25 A max). Les parafoudres Hager utiliss en protection fine sont tous de cette famille.

Ph Protection srie N matriel classe II

PE

matriel classe I


21

3.5. Caractristiques lectriques

Hager propose un choix complet de parafoudres modulaires.

SP 165P* Parafoudre dbrochable de tte

SP 265R*

SP 465R*

Rseau BT

SP 140C

SP 240D SP 240R*

SP 440D SP 440R*

SP 115C Protection fine

SP 215D SP 215R*

SP 415D SP 415R*

SP 208S

SP 408S

Numrique Analogique

Rseau tlphonique

SP 505

SP 504

*Les rfrences SP xxxR ou SP xxxP correspondent des parafoudres avec indicateur de rserve de protection et contact inverseur de tlsignalisation

22


Rf.

Type

Imax

Inom

Up mode commun 2 kV

Up Uc mode mode diffrentiel commun sans objet 1,5 kV 440 V

Uc Raccormode diffrentiel dement sans objet 275 V Parallle

SP 165P* 1 Ph

65 kA

20 kA

SP 265R* 1 Ph+N

65 kA

20 kA

1,5 kV

440 V

Parallle

SP 465R* 3 Ph+N

65 kA

20 kA

1,5 kV

1,5 kV

440 V

275 V

Parallle

SP 140C

1 Ph

40 kA

15 kA

2 kV

sans objet

440 V

sans objet

Parallle

SP 240D 1 Ph+N SP 240R* SP 440D 3 Ph+N SP 440R* SP 115C 1 Ph

40 kA

15 kA

1,4 kV

1,4 kV

440 V

275 V

Parallle

40 kA

15 kA

1,4 kV

1,4 kV

440 V

275 V

Parallle

15 kA

5 kA

1,8 kV

sans objet

440 V

sans objet

Parallle

SP 215D 1 Ph+N SP 215R* SP 415D 3 Ph+N SP 415R* SP 208S 1 Ph+N

15 kA

5 kA

1,2 kV

1,2 kV

440 V

275 V

Parallle

15 kA

5 kA

1,2 kV

1,2 kV

440 V

275 V

Parallle

8 kA

2 kA

1,2 kV

1 kV

440 V

275 V

Srie

SP 408S

3 Ph+N 1 paire tlphonique 1 paire tlphonique

8 kA

2 kA

1,2 kV

1 kV

440 V

275 V

Srie

SP 505

10 kA

5 kA

300 V

300 V

200 V crte 48 V crte

200 V crte 48 V crte

Srie

SP 504

10 kA

5 kA

100 V

100 V

Srie

Tous les parafoudres sont conformes la norme NFC 61-740/95 et homologus NF USE

61740:95

1210


23

Comment choisir le bon parafoudre ?

4. Choix de la protection 4.1. Faut-il une protection parafoudre ? - nature du site - nature des quipements - protger 4.2. Quelle protection parafoudre installer ? - une protection de tte - une protection fine - une protection tlphonique 5. Rglette guide de choix

26 26 26 27 28 28 29 29 31

25

4. Choix de la protectionLefficacit dune protection contre les effets indirects (surtensions des la foudre, aux commutations sur les rseaux lectriques,...) dpend principalement du bon choix du ou des parafoudres. de la nature du site : cest--dire, - de la densit de foudroiement du site - (not Ng) : pour une rgion donne, - on dtermine le nombre dimpacts - au sol par km2 et par an. - du type et de la longueur de la ligne - dalimentation lectrique du site : une - ligne arienne de longueur importante - est plus contraignante quune ligne - enterre. - de la topographie du site : un site en milieu - rural ou isol sur une hauteur sont des - critres qui augmentent le risque foudre.

4.1. Faut-il une protection parafoudre ? Un refuge en haute montagne ne prsente pas les mmes risques face la foudre quun pavillon au centre ville dune importante agglomration. Le niveau de risque foudre sur un site dpend principalement :Les zones dexposition

62 80 76 50 29 22 35 56 44 85 17 49 79 53 72 37 86 41 18 36 14 61 27 28 45

59 02 08 51 10 89 21 58 71 03 39 01 38 07 26 84 13 05 04 83 06 74 73 55 52 70 57 54 88 90 25 68 67

60 95 78 77 91

23 16 24 87 19 46 82 32 81 31 65 09 11 66 34 63 15 42 43 48 12

69

33 40 64

47

30

faiblement exposes peu exposes moyennement exposes trs exposes

2B 2A

26

choix de la protection

-

de la prsence de paratonnerres ou de structures leves relies la terre : lcoulement du coup de foudre la terre provoque une monte de potentiel de celle-ci et engendre indirectement un risque supplmentaire.

de la nature des quipements protger : on peut dcliner trois paramtres : - le niveau de protection - (moteur micro ordinateur) - le prix (grille pain chane Hi-Fi haute - technologie) - les consquences de lindisponibilit - (cafetire domestique chambre froide - de superette).

Matriels protger sensibilit des matriels protger matriels peu sensibles matriels sensibles matriels protger

- matriel lectrotechnique, - organe de commande et de coupure, lectrique, moteur, transformateur, gnrateur... machine laver, conglateur, four, sche linge, micro-ondes, lave-vaisselle, rfrigrateur, machine caf, radio

matriels trs sensibles

matriels de classe I et de classe II

(*) la protection des matriels connects la ligne tlphonique est aussi ncessaire : SP 505 et SP 504

-

micro-ordinateur, modem*, thermostat lectronique, centrale alarme, caisse lectronique, centrale domotique, fax*, autocom*, informatique, imprimante, photocopieur, instrument mdical, quipement de laboratoire

-

rpondeur* minitel*, tlsurveillance*, Hi-Fi, magntoscope, rveil, tlvision, tlex*, lecteur de disque laser, produits modulaires Hager : programmateur, dlesteur, gestionnaire dnergie, compteur dnergie, commande tlphonique


27

A partir de ces considrations, linstallation dune protection peut tre : - peu ncessaire - recommande - trs recommande.paratonnerre ou structure leve paratonnerre ou structure leve zone

milieu urbain (U) ou milieu rural (R) valeur en milliers de francs des matriels protger sensibilit matriels peu sensibles des matriels matriels sensibles matriels trs sensibles

U

R

U

R

U

R

U

R

10 100

10 100

10 100

10 100

10 100

peu ncessaire

recommand

trs recommand

4.2. Quelle protection parafoudre installer ? Afin de garantir une protection, il faut associer les bons parafoudres linstallation protger. Deux niveaux de protection peuvent tre ncessaires : une protection de tte : elle protge lensemble de linstallation, elle coule le courant de foudre la terre, elle offre un niveau de protection suffisant pour les matriels sensibles aux ondes de surtension (moteurs,..), elle se dimensionne par rapport : - au risque foudre du site, - au type de rseau (monophas ou triphas)zone

En schma TT et TN-S, la mise la terre du neutre introduit une dissymtrie qui sollicite le matriel en mode diffrentiel ; dans ce cas, il est recommand de choisir une protection de tte apportant les deux types de protection (mode commun et diffrentiel).

milieu urbain ou milieu rural rseau triphas (3Ph + N)* TT ou TN-S rseau monophas (Ph + N)* TT ou TN-S

U

R

U

R

U

R

U

R

SP 415R** SP 415D SP 215R** SP 215D

SP 440R** SP 440D SP 240R** SP 240D

SP 465R** SP 265R**

(*) en rgime IT ou TN-C, utiliser les parafoudres unipolaires

(**) parafoudres quips de cartouche avec indicateur de rserve de protection et dun contact pour la tlsignalisation

28


une protection fine Cette protection est obligatoirement place en aval d'un parafoudre de tte. Elle protge un matriel ou un ensemble de matriels particulirement sensible aux ondes de surtension (micro ordinateur, ...). De type srie, elle est obligatoirement associe un disjoncteur de 25 A maximum. Elle protge aussi bien le matriel de classe que le matriel de classe .rseau triphas (3 Ph + N) monophas (Ph + N) parafoudre SP 408S SP 208S

une protection tlphonique Lorsqu'un matriel sensible est connect au rseau tlphonique (rpondeur, fax...), il est recommand de le protger avec un parafoudre contre les surtensions pouvant provenir de la ligne tlphonique. Les caractristiques des rseaux tlphoniques analogiques et numriques tant diffrentes, Hager propose un parafoudre spcifique chacun d'eux.matriels connects une ligne tlphonique numrique SP 504 analogique SP 505

DB 30-60 A 500 mA S

ligne France Tlcom

25 A 30 mA

protection de tte

protection fine

protection tlphonique

Schma de principe : - protection de tte - protection fin- protection tlphonique


29

Le guide de choix parafoudre Hager : tient compte de l'ensemble des paramtres : nature du site, nature des quipements protger, vous aide choisir le parafoudre adquat en fonction du risque foudre pour un site donn conformment au nouveau guide UTE C 15-443, permet de respecter les rgles de la NF C 15-100, lorsqu'une telle protection est recommande. Ce guide de choix donne une ide prcise des matriels mettre en uvre. Il pourra bien entendu tre complt par une tude plus approfondie au cas par cas.

30


5. Rglette guide de choixEn un coup d'il, la rglette guide de choix Hager permet, en fonction des critres dcrits dans le chapitre 4.1 (page 26), de savoir s'il est peu ncessaire, recommand ou trs recommand d'installer une protection parafoudre.

Le verso de la rglette indique les rfrences des protections de tte, des protections fines et tlphoniques mettre en uvre (cf. chapitre 4.2 page 28).

Un exemple dutilisation de cette rglette vous est propos en page 53.

rglette guide de choix

31

Mise en uvre et cas pratiques

6. Rgles de mise en uvre 6.1. Mise en uvre des protections de tte 6.2. Mise en uvre des protections fines 6.3. Mise en uvre des protections tlphoniques 7. Exemples dinstallation en rgime TT 7.1. Schma type habitat (tarif bleu) 7.2. Schma type petit local professionnel (tarif jaune) Exemples de choix et de mise en uvre 8.1. Habitat - utilisation du guide de - choix Hager - schma lectrique - mise en uvre dans un - coffret Gamma 8.2. Petit local professionnel - utilisation de la rglette - Hager - schma lectrique Glossaire 8.

35 35 41 43

44 44 45

46 46 47 50 51 52 53 54 56

33

6. Rgles de mise en uvreLes surtensions transitoires dues la foudre sont des phnomnes de trs courte dure. Ainsi, des prcautions sont prendre pour tenir compte du fait que les courants engendrs sont comparables des signaux haute frquence (500 kHz). Les parafoudres Hager doivent tre placs dans des enveloppes possdant des plastrons douverture 45 mm. Ce chapitre commente et dcrit les articles 443 et 534 de la norme NF C 15-100 et les rgles dinstallation dfinies dans le guide pratique UTE C 15-443.

6.1. Mise en uvre des protections de tte Rgle 1 : parafoudre de tte directement en aval de lAGCP. Les parafoudres de tte doivent tre disposs directement en aval du dispositif assurant la fonction de sectionnement en tte d'installation. En tarif bleu, ce parafoudre doit tre plac immdiatement en aval de l'Appareil Gnral de Commande et de Protection (AGCP) qui est le disjoncteur de branchement.

AGCP

D1

parafoudre de tte

parafoudre de tte directement en aval de lAGCP

rgles de mise en uvre

35

Rgle 2 : protection en mode commun au minimum en tte dinstallation. La protection de tte doit apporter au moins une protection en mode commun, c'est dire entre conducteurs actifs et terre. Cependant, en cas de mauvaise prise de terre, il est conseill de mettre en place une protection en mode diffrentiel (entre phase et neutre) en rgime TT et TN.S (cf. chapitre 4.2 page 28). Tous les parafoudres Hager assurent la protection la fois en mode commun et diffrentiel.

Rgle 3 : longueurs de connexion les plus courtes et les plus rectilignes possibles. Le passage de la surtension engendre une chute de tension aux bornes des conducteurs de connexion (C1 et C2) qui sadditionne la tension Up du parafoudre. La surtension que lon retrouvera aux bornes des appareils sera donc dautant plus faible que ces longueurs sont courtes et rectilignes. Les conducteurs de connexion du parafoudre doivent tre d'une longueur n'excdant pas de prfrence 0.5 mtre au total.

AGCP

D1 Uc1 C1 Up + Uc1 +Uc2 = Upt

parafoudre de tte

Up Uc2

C2

Pour C1+C2=0,5m on peut avoir Uc1 + Uc2 700 V

longueurs de connexion les plus courtes et les plus rectilignes possibles

36


Rgle 4 : sections de connexion les plus importantes possibles. Les conducteurs de terre des parafoudres doivent avoir une section minimale de 4 mm2 en cuivre. En prsence d'un paratonnerre, cette section minimale est de 10 mm2. La protection de tte doit couler la plus grande partie du courant de foudre la terre. La section des conducteurs de connexion doit tre la plus grande possible (capacit maxi des bornes du produit), et de prfrence en multibrin, afin de diminuer limpdance au passage du courant de foudre.

Rgle 5 : dispositifs de signalisation. Un dispositif de signalisation doit indiquer que le parafoudre n'assure plus sa fonction de protection. Les parafoudres Hager rpondent cette prescription par l'intermdiaire d'un voyant de fin de vie ou de l'indicateur de rserve situ sur la face avant des cartouches.

voyant fin de vie

OKindicateur de rserve 1/3, 2/3dispositifs de signalisation


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Rgle 6 : protection du parafoudre et de son circuit. Le parafoudre doit tre dconnect automatiquement : - en cas d'emballement thermique (cf. a), - en cas de court-circuit (cf. b), - en cas de courant de dfaut la terre (cf. c). a. Les parafoudres Hager disposent d'un dconnecteur thermique intgr qui stoppe un ventuel emballement thermique de la varistance en fin de vie et dconnecte les conducteurs actifs (phase et neutre) de la terre (circuit ouvert).

a. le parafoudre se dconnecte en cas demballement thermique

b. Le parafoudre doit tre dconnect automatiquement en cas de court circuit par un dispositif spcifi par le constructeur. C'est pourquoi, pour rpondre totalement aux essais dfinis dans la norme produit 61-740/95, il est ncessaire de le protger par des disjoncteurs.Imax parafoudre 65 kA 40 kA 15 kA In disjoncteur Tenue en court-circuitD1

AGCP

25 A courbe C 15 kA 25 A courbe C 15 kA 10 A courbe C 10 kAparafoudre de tte

Le pouvoir de coupure du disjoncteur doit tre suprieur au courant de court-circuit prsum l'endroit o il est install.b. le parafoudre se dconnecte en cas de court circuit

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c. Des dispositifs de protection contre les courants de dfaut la terre doivent tre prvus. Si le parafoudre est plac l'origine de l'installation, en aval d'un dispositif diffrentiel rsiduel, ce dernier doit tre d'un type qui ne se dclenche pas sous l'effet d'un courant de choc de 5 kA (forme d'onde 8/20). Les dispositifs diffrentiels Hager de type S ou retard rpondent cette prescription.D1

AGCP 45 A 500 mA S

ou retard

parafoudre de tte

c. le parafoudre se dconnecte en cas de courant de dfaut la terre

Rgle 7 : mise en uvre dconseille dans les locaux spciaux. Les parafoudres ne doivent pas tre installs dans des locaux o existent des risques dincendie ou dexplosion (locaux BE2 et BE3), sauf si des prcautions particulires sont prises.


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Rgle 8 : connexions perturbes spares des conducteurs propres. Il est ncessaire de bien sparer les conducteurs d'arrive du parafoudre de ceux alimentant les dparts afin d'viter la "pollution" de ces circuits protgs.Arrive Arrive

Parafoudre de tte Dparts installation


cbles pollus lors du passage dun courant de foudre

Rgle 9 : limitation des surfaces de boucle de masse Les conducteurs actifs (phase et neutre) et les conducteurs de protection doivent tre trs proches l'un de l'autre afin de limiter au maximum les surfaces de boucle de masse.



Importante Arrive Arrive

Faible

surface de boucle de masse 40 rgles de mise en uvre

6.2. Mise en uvre des protections fines La mise en cascade de plusieurs parafoudres est ncessaire dans au moins un des deux cas suivants : le parafoudre de tte a un niveau de tension Up trop important pour les matriels protger, les matriels sensibles sont situs trop loin du parafoudre de tte.AGCP 45 A 500 mA S

Le parafoudre de tte coule la terre un maximum d'nergie (90%) et la protection secondaire permet de rduire le niveau de la surtension une valeur plus faible, acceptable par du matriel sensible.

10% 90%25 A parafoudre de tte 25 A parafoudre secondaire 10 A 25 A

Alimentation d'appareil trs sensible

Autres circuits

schma de principe : protection de tte et protection fine

Rgle 1 : distance entre la protection de tte et la protection fine la plus grande possible (plus de 1 m si possible). En effet, une telle distance permet daugmenter linductance, donc limpdance et de ce fait lle assure une bonne coordination entre ces deux protections afin de rpartir lcoulement du courant de foudre la terre (90% - 10%).

Imax parafoudre mode de tte commun 15 kA 40 kA 65 kA 900 V 900 V 850 V

mode diffrentiel 800 V 800 V 750 V

Les valeurs sont donnes pour une longueur de cble minimum de 1 m entre le parafoudre de tte et les parafoudres secondaires


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Rgle 2 : distance protection de tte protection fine infrieure 1 m. Si la protection fine se situe dans le mme tableau que le parafoudre de tte et que la distance de 1 m ne peut tre obtenue, on peut utiliser un disjoncteur 2 PP sur le circuit parafoudre secondaire afin d'augmenter l'impdance de la liaison.

N 25 A 2 PP

L

parafoudre secondaire

protection bipolaire dun parafoudre secondaire

Rgle 3 : distance protection fine matriel sensible la plus courte possible. En effet, une distance importante engendre, par un phnomne doscillation, une surtension supplmentaire aux bornes de lappareil sensible que lon cherche protger.AGCP 45 A 500 mA S ou retard Armoire

Coffret

25 A 30 mA

parafoudre de tte

protection fine

Matriels trs sensibles

utilisation dun coffret divisionnaire proche du matriel protger

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6.3. Mise en uvre des protections tlphoniques Les rcepteurs raccords une ligne tlphonique doivent tre protgs contre les surtensions provisoires vhicules sur ces rseaux.

L1 L2

En fonction du type de rseau tlphonique, on utilisera des parafoudres diffrents : rseau tlphonique commut (RTC) : SP 505 rseau numrique (NUM) : SP 504

I1

I2

mise en uvre dune protection tlphonique

De manire gnrale : Il est important de raliser lquipotentialit de toutes les masses des diffrents quipements. Cette prcaution permet dviter les bouclages ou effets induits dun courant de foudre dun circuit lautre. Pour une installation neuve avec parafoudres, une terre ralise en boucle de fond de fouille, dune valeur infrieure 10 , est considre comme tant une bonne prise de terre.


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7. Exemples d'installation en rgime TTLa coordination entre l'AGCP et le parafoudre muni de ses dispositifs de protection a une influence sur la continuit de l'alimentation. Dans tous les cas, une protection diffrentielle slective "S" en amont du parafoudre permet d'viter le dclenchement de l'AGCP pour un coup de foudre moyen.

7.1. Schma type habitat (tarif bleu)

D1

AGCP 500 mA S

30mA D2 25 A

Ce schma assure une bonne continuit de service.

44

exemples dinstallation en rgime TT

7.2. Schma type petit local professionnel (tarif jaune)

D1

AGCP 100 A I n=1 A 1s retard

10 A 300mA D2 25 A 300 mA S 300mA 30mA

Voyant indiquant le bon tat de fonctionnement du parafoudre. Avertissement sonore indiquant soit la fin de vie du parafoudre, soit le fonctionnement sur la rserve de protection, soit l'absence de cartouche.

Ce schma assure une trs bonne continuit de service. Le parafoudre avec indicateur de rserve de protection et son contact de tlsignalisation est la solution idale pour une maintenance prventive.

exemples dinstallation en rgime TT

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8. Exemples de choix et de mise en uvreL'installation de parafoudres dans une armoire ou un coffret ncessite de prter une attention particulire au cblage. Au niveau des connexions, les distances doivent tre les plus courtes possible. Les conducteurs utiliss sont de prfrence en multibrin et de sections les plus grandes possible.

8.1. Habitat Une maison individuelle (tarif bleu) situe en terrain dcouvert prs de Nancy (dpartement 54) est alimente par une ligne arienne BT monophase de 300 m de long. Le poste HTA/BT est galement aliment en arien sur 2 km. Le matriel protger est une alarme avec transmission tlphonique, connecte sur un rseau analogique, et des quipements trs sensibles (vido, ordinateur, hi-fi). La valeur de tous ces quipements est estime 45000F.

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exemples de choix et de mise en uvre

utilisation du guide de choix Hager62 80 76 50 29 22 35 56 44 85 17 49 79 53 72 37 86 41 18 36 23 16 24 33 40 32 64 31 65 09 11 66 2B 2A 47 87 19 46 82 81 34 63 15 42 43 07 48 12 30 84 13 04 83 14 61 27 28 45 89 21 58 60 95 78 77 91 59 02 08 51 10 55 52

55 52

57 54

5788 90 25

Faut-il une protection parafoudre ?

67

5470 39

68

71 69 01

03

8874 73 05

Dpartement 54 Milieu

Zone jaune Rural

38 26

06

Valeur du matriel entre 10 000 et 100 000 Frs protger Matriel Trs sensible

Matriels protger sensibilit des matriels protger matriels peu sensibles matriels sensibles matriels protger

- matriel lectrotechnique, - organe de commande et de coupure, lectrique, moteur, transformateur, gnrateur... machine laver, conglateur, four, sche linge, micro-ondes, lave-vaisselle, rfrigrateur, machine caf, radio

matriels trs sensibles

(*) la protection des matriels connects la ligne tlphonique est aussi ncessaire : SP 505 et SP 504

matriels de classe I et de classe II - micro-ordinateur, - rpondeur* - modem*, - minitel*, - thermostat lectronique, - tlsurveillance*, - centrale alarme, - Hi-Fi, - caisse lectronique, - magntoscope, - centrale domotique, - rveil, - fax*, - tlvision, - autocom*, - tlex*, - informatique, - lecteur de disque laser, - imprimante, - produits modulaires Hager : - photocopieur, programmateur, - instrument mdical, dlesteur, gestionnaire - quipement de laboratoire dnergie, compteur dnergie, commande tlphonique


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Le choix du type de protection est tributaire : de la zone gographique o se trouve linstallation (milieu rural ou urbain, densit de foudroiement, rseau de distribution en arien ou souterrain), de la sensibilit du matriel protger. Il faut bien valuer la valeur et les cots dimmobilisation des appareils.zone

Zone jaune Rural entre 10 000 et 100 000 frs

milieu urbain (U) ou milieu rural (R) valeur en milliers de francs des matriels protger sensibilit matriels peu sensibles des matriels matriels sensibles matriels trs sensibles

U

R

U

R

U

R

U

R

10 100

10 100

10 100

10 100

10 100

peu ncessaire

recommand

trs recommand

La protection par un ou plusieurs parafoudres est trs recommande

Choix du parafoudre gnral de tte

Zone Milieu Rseau (tarif bleu)

Zone jaune Rural entre 10 000 et 100 000 frsparatonnerre ou structure leve

zone

milieu urbain (U) ou milieu rural (R) rseau triphas (3Ph + N)* TT ou TN-S rseau monophas (Ph + N)* TT ou TN-S

U

R

U

R

U

R

U

R

SP 415R** SP 415D SP 215R** SP 215D

SP 440R** SP 440D SP 240R** SP 240D

SP 465R** SP 265R**

SP 240R ou SP 240D

(*) en rgime IT ou TN-C, utiliser les parafoudres unipolaires (**) parafoudres quips de cartouche avec indicateur de rserve de protection et dun contact pour la tlsignalisation

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paratonnerre ou structure leve

Pour des raisons de scurit (protection du systme d'alarme), la continuit de service doit tre assure. De plus, on ne souhaite pas faire fonctionner l'installation sans parafoudre. On choisira donc un parafoudre de tte quip d'un contact de tlsignalisation et d'un indicateur de rserve de protection : SP 240R

Choix de la protection fine

Rseau

Monophas (Ph+N)

rseau triphas (3 Ph + N) monophas (Ph + N) SP 408S SP 208S

SP 208S

Choix de la protection tlphonique

Rseau

Analogique (RTC)

matriels connects une ligne tlphonique numrique SP 504 analogique SP 505

SP 505


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schma lectrique

D1

DB 30-60 A 500 mA S

D3 10 A D2 25 A contact tlsignalisation D4 25 A

40 A 30 mA

40 A 30 mA

autre PC

PC et SdB

autres circuits

SP 240R 40 kA

ligne France Tlcom

SP 208S

SP 505

TV classe II

Hifi

PC classe I

Alarme

L'avertisseur sonore indique : - soit la fin de vie du parafoudre, - soit le fonctionnement sur la rserve de protection, - soit l'absence de la cartouche.

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mise en uvre dans un coffret GammaArrive EDF

Panneau de contrle GA 01Z

Parafoudre secondaire SP 208S 8 kA D3 MF 710 10 A D2 MF 725 25 A Avertisseur sonore ronfleur SU 215 Coffret Gamma 4 ranges GD 52A Parafoudre de tte SP 240R

Disjoncteur de dconnexion en cas de court-circuit

Dconnecteur thermique intgr la cartouche Dispositif de signalisation

Cbles les plus courts (L < 50 cm de prfrence) et les plus rectilignes possibles

Rpartiteur de terre D4 MF 725 25 A Arrive cble de terre

Coffret BRT D 300

6 mm2 mini

Parafoudre tlphonique SP 505

Dpart ligne tlphonique intrieure Barrette de terre par courant faible Arrive France Tlcom


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8.2. Petit local professionnel Une superette, situe en banlieue d'une ville moyenne prs de Nantes (dpartement 44) et entoure de plusieurs immeubles collectifs, est alimente par une ligne souterraine BT triphase en rgime TT. Le poste HTA/BT est galement aliment par une ligne souterraine. Les quipements (environ 80000F) sont de type "bureautique individuelle", dont l'indisponibilit ventuelle aurait une grande incidence sur l'activit professionnelle.

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utilisation de la rglette Hager

dpartement 44

banlieue dune ville moyenne

il est recommand de protger linstallation par un ou plusieurs parafoudres

matriel trs sensible de 80 000 Frs

On choisira un parafoudre quip d'un contact de tlsignalisation et d'un indicateur de rserve afin d'optimiser la maintenance de l'installation : SP 415 R.

Une protection fine SP 208S est ncessaire pour le matriel trs sensible monophas et une protection SP 408S pour un circuit triphas (3 Ph + N). Une protection tlphonique est inutile dans ce cas car aucun matriel spcifique reli sur le rseau tlphonique n'est protger.exemples de choix et de mise en uvre 53

54

PC

Parafoudre remplacer Parafoudre en tat de marche 6A 25 A 300 mA 300 mA SSP 415R

25 A 30 mA

trancheur

schma lectrique

Armoire boulangerie

10 A 300 mA

ptrin

10 A 300 mA

Armoire boulangerie 63 A125 A

250 A

four

40 A 300 mA

4 x 250 A I n3A 1s

SP 208S

balance lectronique

Armoire bureau

63 A

U

25 A 30 mAsono fontaine eau surgels rserve coffret nergie ECL secours

40 A 300 mA S

AU


10 A 10 A 10 A

JB1

25 A 300 mA

16 A 300 mA

ECL bureau climatisation

ECL fromagerie ECL fruit/lgume

40 A 300 mA

ECL runion

Armoire partie privative

25 A 300mA

63 A 300 mA

ECL vestiaire PC caisse 1

10 A 10 A 10 A

ECL boucherie ECL poissonnerie PC fromagerie

PC vestiaire runion

40 A 300 mA

25 A 30 mA

25 A 30mAPC caisse 2

63 APC caisse 3 PC caisse 4 rserve

PC bureau

25 A 30 mA

16 A 16 A 16 A 16 A

32 A 30 mA

25 A 30mA

PC poissonnerie PC fontaine eau

SP 408S

caisse centrale

25 A 30mA

25 A 300 mA

ordinateur

PC boucherie PC affuterie rtisserie

32 A 30 mA

PC caisse centrale

TGBT

10 A 10 A 10 A 10 A 20 A 20 A 20 A 20 A 20 A 20 A

32 A 300 mA

10 A 10 A 10 A 10 A

alarme

PC labo

GlossaireCumulo-nimbus : masse nuageuse en forme denclume qui donne lieu des orages de chaleur trs localiss et de dure limite. Densit de foudroiement : nombre dimpacts par km2 et par an. Cette densit est dtermine scientifiquement par lintermdiaire de capteurs rpartis sur le territoire. Eclair : dcharge lectrique violente dorigine atmosphrique qui se dveloppe entre nuages ou lintrieur dun mme nuage. Foudre : dcharge lectrique violente dorigine atmosphrique qui se dveloppe entre un nuage et le sol. Ic : courant de fonctionnement permanent. Cest le courant circulant dans le parafoudre lorsquil est aliment sous sa tension maximale de rgime permanent en labsence de dfaut. Imax : courant maximal de dcharge. Le parafoudre doit fonctionner au minimum une fois sans se dtriorer sous une onde de courant 8/20, de valeur crte gale Imax. In : courant nominal de dcharge. Le parafoudre doit fonctionner au minimum 20 fois sans se dtriorer sous une onde de courant 8/20, de valeur crte gale In. Orage : phnomne mtorologique dinstabilit atmosphrique au cours duquel des turbulences dveloppent des charges lectriques dans lair.56 glossaire

Parafoudre : appareil protgeant le matriel lectrique contre les surtensions transitoires leves en drivant les ondes de courant. Paratonnerre : appareil destin prserver une construction des effets directs de la foudre. Protection de tte : parafoudre qui protge lensemble de linstallation. Protection fine : parafoudre qui protge les matriels particulirement sensibles aux ondes de surtension. Protection tlphonique : parafoudre qui protge les matriels sensibles connects au rseau tlphonique. Surtension transitoire : lvation de tension de courte dure, ne dpassant pas quelques millisecondes. Tonnerre : onde de choc sonore qui accompagne la foudre. Uc : tension maximale de rgime permanent. Cest la valeur admissible de la tension efficace frquence industrielle (50/60 Hz) qui peut tre applique de faon continue entre les bornes du parafoudre sans affecter son fonctionnement. Up : niveau de protection. Cest la valeur de tension qui subsiste aux bornes du parafoudre lorsque celui-ci est parcouru par son courant nominal de dcharge. Varistance : composant base doxyde de zinc (ZnO) limitant la tension ses bornes grce sa caractristique courant/tension.

guide technique parafoudres zd234d 99

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