Concept des zones de protection contre la foudre (ZPF)

DEHN - Sécurité planifiée

La défaillance des systèmes et des installations techniques peut causer de très nombreux problèmes à l’exploitant. Chacun souhaite un fonctionnement sans défaut de ses appareils tant en "service normal" qu’en cas d’orage. Les différents rapports de dommage des assurances démontrent clairement qu’un retard doit être comblé tant dans le domaine privé (figure 1) que pour les installations utilisées à des fins professionnelles (figure 2).
Un concept de protection complet permet d’atteindre ce but.
Le concept des zones de protection contre la foudre permet au projeteur, à l'installateur et à l'exploitant de prévoir, de mettre en place et de surveiller les mesures de protection. Tous les appareils, installations et systèmes importants peuvent ainsi être protégés efficacement et de manière très économique.

15,3% Autres causes 22,9% Accidents de conduite 5,6% Eau 4,6% Feu 27.1% Vol, Vandalisme 23,7% Surtensions 0,8% Elémentaire   Figure 1: Dommages électroniques en 2001, analyse reposant sur 7.370 cas de dommages recensés (Source : Württembergische Versicherung AG)

14% Causes inconnues 41% Autres causes 45% Tensions de foudre / surtensions Figure 2: Causes des dommages en moyenne des années précédentes (Source : Fédération allemande des sociétés d'assurances, Berlin 2001)

Origine des surtensions

Les surtensions apparaissant à la suite d'un orage sont causées par un coup de foudre direct / proche ou par un coup de foudre éloigné.

Les coups de foudre directs ou proches sont des coups de foudre s'abattant sur le paratonnerre d'un bâtiment, dans les environs proches ou sur les systèmes conducteurs entrants dans le bâtiment (par ex. alimentation basse tension, lignes de commande et de télécommunication ...). Les courants et les tensions de choc ainsi que le champ électromagnétique (IEMF) ainsi créés présentent, en raison de leur amplitude et de leur contenu énergétique, une menace particulière pour le système à protéger.

Lors d'un coup de foudre direct ou proche, les surtensions apparaissent en raison de la chute de tension au niveau de la résistance de terre et de la montée du potentiel de l’immeuble qui en résulte par rapport à l’environnement éloigné. Ceci représente la plus importante contrainte pour les installations électriques d'un immeuble.

Les paramètres caractéristiques du courant de choc conduit (valeur de crête, vitesse de montée du courant, teneur de la charge, énergie spécifique) sont décrits avec la forme d'onde du courant de choc 10/350 µs et sont déterminés dans les normes internationales, européennes et nationales en tant que courant d'essai pour parafoudres et composants pour la protection en cas de coup de foudre directs.

Outre la chute de tension au niveau de la résistance de terre, des surtensions apparaissent dans l'installation électrique de l'immeuble et dans les systèmes et appareils qui y sont reliés par effet d'induction du champ électromagnétique de la foudre. L'énergie de ces surtensions induites et les courants d'impulsion qui en résultent sont très inférieurs à ceux causés par le courant de choc d'un coup de foudre direct et ne sont pour cela décrits qu’avec la forme d'onde 8/20. C'est pourquoi les composants et les appareils, qui ne doivent pas conduire de courant provenant de coups de foudre directs, sont testés avec des courants de chocs de 8/20 µs.

Philosophie de la protection

Les coups de foudre éloignés sont des coups de foudre qui ont lieu à une distance éloignée de l'objet à protéger, des coups de foudre dans le réseau de lignes aériennes moyenne tension ou dans leurs environs immédiats ou des décharges de foudre entre nuages.

De même que pour les surtensions induites, les effets des coups de foudre éloignés sur l'installation électrique d'un immeuble sont contrôlés par les appareils et les composants dimensionnés suivant la forme d'onde 8/20 µs. Les surtensions causées par des commutations (IEMF), apparaissent par ex. suite à:

• la mise hors circuit de charges inductives (par ex. transformateurs, bobines à réactance, moteurs)
  
• l'allumage et l'interruption d'arcs électriques (par ex. appareil de soudage à l'arc)
• le déclenchement de fusibles

Les effets de commutations sur l'installation électrique d'un immeuble peuvent également être reproduites en laboratoire avec des courants de choc de forme d'onde 8/20 µs.

Pour assurer une continuité de service des systèmes complexes d'énergie et de données, même en cas de coup de foudre direct, des mesures supplémentaires, en complément d'une installation de protection contre la foudre d'un immeuble, sont nécessaires pour la protection antisurtension des systèmes électriques et électroniques. Il est important de tenir compte de toutes les causes de surtension possibles. A cet effet est mis en application le concept des zones de protection contre la foudre décrit dans la norme NF EN 62305-4.

Les mesures de protection contre la foudre et les surtensions aux passages des zones de protection, décrites précédemment, sont valables pour le réseau d'énergie ainsi que pour le réseau de données.
Toutes les mesures décrites dans le concept de protection contre la foudre orienté CEM permettent d'obtenir une continuité de service durable des installations utilisées dans une infrastructure moderne.