Bases de la protection antisurtension

Bases de la
protection antisurtension
Depuis l'origine des surtensions
jusqu'à un concept de protection global
Aux côtés de nos clients et partenaires
dans le monde entier
Phoenix Contact est un leader mondial dans le secteur de l'électrotechnique, de
l'électronique et de l'automatisation. Fondée en 1923, l'entreprise familiale compte
aujourd'hui près 14 000 collaborateurs dans le monde entier.
Un réseau de distribution composé de plus de 50 distributeurs de par le monde
et de plus de 30 autres revendeurs est une garantie de proximité avec nos clients,
directement sur site.
Notre offre englobe des produits pour différentes applications électrotechniques.
On trouve notamment de nombreuses connectiques pour les constructeurs
d'appareils et de machines, des composants pour armoires électriques modernes
et des solutions adaptées à de multiples applications et
secteurs d'activité, comme l'industrie automobile,
l'énergie éolienne, l'énergie solaire, l'industrie
des procédés ou encore des applications
dans les domaines de la gestion de
l'eau, du transport et de la distribution
d'électricité et des infrastructures
de transport.
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2
PHOENIX CONTACT
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Bases de la protection
antisurtension
Nous souhaitons non seulement vous offrir des solutions
convaincantes, mais également vous apporter informations et conseils.
Il est donc nécessaire de vous fournir les informations fondamentales
sur les thèmes de la technique et de l'électronique. Cette brochure
vous offre un aperçu du domaine de la protection antisurtension.
Elle vous permet de prendre rapidement connaissance des questions
centrales. Elle vous présente en outre les diverses solutions existantes
pour relever les nombreux défis de ce secteur. Et elle vous permet
de renforcer vos connaissances sur les tenants et les aboutissants que
seuls les spécialistes de ce domaine savent identifier.
Nous vous souhaitons une très bonne lecture !
Des solutions à la pointe de la technologie
Phoenix Contact apporte une attenPhoenix Contact se distingue dans
tion particulière aux compétences
ce secteur par une longue expérience
en matière de développement et vise
et une grande expertise en matière
une production très poussée. Toutes
de développement et de fabrication,
les technologies essentielles, de
et dispose en outre d'un laboratoire
l'ingénierie complète au développed'essais interne spécialisé en matière
ment électronique et la fabrication
de courants de foudre et de haute
de composants électroniques en
intensité de renommée internationale,
passant par l'outillage, le traitement du hautement performant et accrédité.
métal et la fabrication de matières
Ces particularités constituent la
plastiques, sont disponibles en interbase pour des contrôles précis et
ne. Déjà depuis 1983, Phoenix Contact évolutifs, une recherche fondamentale
développe et conçoit des parafoudres
adaptée à chaque application ainsi
et se positionne aujourd'hui comme
que des solutions permettant de
leader technologique de ce secteur.
mettre rapidement en œuvre les
L'entreprise propose un large éventail
connaissances acquises issues de la
de solutions innovantes, pour tous
science et de la pratique.
les secteurs et toutes les applications,
En un mot : Phoenix Contact
notamment pour
offre des produits d'une qualité
• l'alimentation,
exceptionnelle et une technologie de
• la technique de mesure, de
pointe.
commande et de régulation,
• le traitement de données et
• les installations émettrices/
réceptrices.
PHOENIX CONTACT
3
Questions et réponses
Il est probable que vous ayez de nombreuses interrogations : depuis la question
fondamentale sur l'origine même des surtensions, jusqu'aux détails techniques
concernant les systèmes réseau ou les différents composants d'un concept de
protection antisurtension jusqu'aux dispositifs. Cette brochure vous présente en
outre :
Qu'est-ce qu'une surtension ?
De quelle manière survient-elle ?
Chapitre 1, page 6
De quoi se compose un
concept complet de protection
antisurtension ?
Chapitre 2.3 ss., page 13
Quels dommages peuvent causer les
surtensions ?
Chapitre 1.5, page 9
Comment prouver la qualité des
parafoudres (de manière officielle) ?
Chapitre 3.3, page 18
Comment fonctionne une protection
antisurtension ?
Chapitre 4, page 22
Chapitre 2.1, page 10
Quelles dispositions légales ou
normatives régissent la protection
antisurtension ?
Pour quelles applications la
protection antisurtension est-elle
particulièrement importante ?
Chapitre 6, page 28
Chapitre 2.2, page 11
Définitions
4
PHOENIX CONTACT
Chapitre 7, page 56
Contenu
1. Surtensions
1.1 Le phénomène de surtensions
1.2 Causes
1.3 Types de couplage
1.4 Sens de l'action
1.5 Répercussions
6
6
7
8
8
9
2. Protection antisurtension : que faut-il prendre en compte ?
2.1 Le fonctionnement de la protection antisurtension
2.2 Normes relatives à la protection contre la foudre et antisurtension
2.3 Mesures et dispositions de protection fondamentales
2.4 Zones de protection parafoudre
2.5 Principe du circuit de protection
10
10
11
13
14
15
3. Classification et contrôle des parasurtenseurs
3.1 Exigences selon la norme de produit CEI 61643
3.2 Paramètres déterminants pour les parafoudres
3.3 Maintenance et contrôle selon la norme CEI 62305
3.4 Technique d'essais d'impulsions et à haute intensité
16
16
17
18
20
4. Critères de qualité
4.1 Déclaration de conformité
4.2 Certifications produit indépendantes
4.3 Compétences en protection antisurtension
22
22
23
24
5. Le système de mesure du courant de foudre
5.1 Surveillance intelligente
5.2 Acquisition des courants de foudre
26
26
27
6. Domaines d'application
6.1 Protection des systèmes à courant alternatif
6.2 Protection des systèmes à courant continu avec des sources de tension
linéaires
6.3 Protection des installations photovoltaïques
6.4 Protection des circuits de transmission de signaux de la technologie
MCR
6.5 Protection des circuits de transmission des signaux des technologies de
l'information
6.6 Protection des circuits de transmission de signaux des technologies de
télécommunication
6.7 Protection des circuits de transmission de signaux dans les installations
émettrices et réceptrices
28
28
7. Glossaire
56
8. Bibliographie
59
PHOENIX CONTACT
40
41
46
52
54
55
5
Bases de la protection antisurtension | Surtensions
1
Surtensions
Les installations et les systèmes électroniques subissent des surtensions variées. Ces
dernières se différencient principalement par leur durée et leur seuil énergétique. Selon
sa provenance, une surtension peut durer de quelques centaines de microsecondes
à plusieurs heures voire plusieurs jours. L'amplitude s'étend de quelques millivolts
à plusieurs centaines de milliers de volts. L'une des causes de surtensions les plus
spécifiques sont les répercussions directes ou indirectes des coups de foudre. Dans de
telles conditions, de forts courants de choc peuvent survenir pendant l'apparition de la
surtension avec des amplitudes allant jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'ampères.
Les répercussions peuvent donc avoir de graves conséquences. Les effets dommageables
dépendent en premier lieu de l'énergie de l'impulsion de surtension correspondante.
1.1 Le phénomène de surtension
Chaque appareil électrique dispose
d'une résistance d'isolement définie.
Lorsqu'une surtension surpasse la
capacité de cette résistance, des
dysfonctionnements et des dommages
peuvent survenir. Les hautes surtensions,
qui relèvent donc du domaine du
kilovolt, correspondent en général
à ce que l'on appelle les surtensions
transitoires, c'est à dire qu'elles sont
d'une durée relativement courte. Elle
surviennent normalement pendant
6
PHOENIX CONTACT
seulement quelques centaines de
microsecondes à quelques millisecondes.
Comme l'amplitude maximale de
telles surtensions transitoires peut
atteindre plusieurs kilovolts, elle peut
souvent provoquer de très abruptes
augmentations et différences de tension.
Seule une protection antisurtension
peut parer à de tels dysfonctionnements.
En effet, dans la plupart des cas, les
dommages matériels de l'installation
électrique d'un exploitant sont pris en
charge par une assurance adéquate.
Cependant, la panne temporelle jusqu'à
la réparation de l'installation reste
au détriment de ce dernier. Cette
défaillance n'est bien souvent pas assurée
et peut rapidement induire une lourde
charge financière, en particulier si on
la compare aux coûts d'un concept
de protection contre la foudre et les
surtensions.
Bases de la protection antisurtension | Surtensions
1.2 Causes
En fonction de son origine, la surtension
présente une durée et une amplitude
différentes.
Coup de foudre
Les coups de foudre (lightning
electromagnetic pulse, LEMP) présentent
le plus grand potentiel de destruction
parmi toutes les causes d'émergence. Ils
provoquent des surtensions transitoires
qui peuvent se propager sur de longues
distances et sont souvent à l'origine
de courants de choc d'une grande
amplitude. Les répercussions indirectes
d'un coup de foudre peuvent déjà induire
une surtension de plusieurs kilovolts
et des courants de choc de plusieurs
dizaines de milliers d'ampères. Malgré
une très courte durée, de quelques
centaines de microsecondes à quelques
millisecondes, un tel événement entraîne
l'arrêt total voire la destruction de
l'installation.
Commutations
Les commutations (switching
eletromagnetic pulse, SEMP) peuvent
générer des surtensions induites qui se
propagent dans les lignes d'alimentation.
Fig. 1 : les coups de foudre disposent d'un potentiel de destruction extrêmement élevé
En cas de courants d'enclenchement
ou de courts-circuits élevés, de très
hauts courants peuvent survenir en
quelques millisecondes. Ces variations
de courant temporaires sont à l'origine
de surtensions transitoires.
Décharges électrostatiques
se rapprochent de potentiels
électrostatiques divers et qu'un échange
de charge se produit. Un échange de
charge soudain entraîne une tension de
choc de courte durée. Cette dernière
représente un danger, en particulier pour
les composants électroniques sensibles.
Les décharges électrostatiques
(electrostatic discharge, ESD)
surviennent lorsque des corps
Fig. 2 : les moteurs électriques haute puissance induisent des surtensions par le biais de forts courants
d'enclenchement
Fig. 3 : les décharges électrostatiques présentent
avant tout un risque pour l'électronique sensible
PHOENIX CONTACT
7
Bases de la protection antisurtension | Surtensions
1.3 Types de couplage
Les surtensions peuvent se manifester
dans un circuit électrique de diverses
manières. Il s'agit en réalité le plus souvent d'une superposition de plusieurs
types de couplage.
Couplage galvanique
Deux circuits électriques, reliés entre
eux par une liaison conductrice, peuvent
s'influencer directement réciproquement.
Une variation de tension ou de courant
dans le premier circuit électrique produit
une réaction équivalente dans le second
circuit électrique.
Couplage inductif
Un flux d'électricité augmentant
rapidement dans un conducteur
provoque autour de ce dernier un
champ magnétique dont la force évolue
tout aussi rapidement. Si un autre
conducteur se trouve dans ce champ
magnétique, il subit une différence de
tension en raison de la variation de
l'intensité du champ magnétique selon la
loi relative à l'induction.
Couplage capacitif
Entre deux points disposant d'un
potentiel différent, il existe un champ
électrique. Les porteurs de charge des
corps se trouvant au sein de ce champ
sont dirigés en fonction de la direction
et de l'intensité de ce dernier d'après le
principe physique d'influence. C'est ainsi
qu'une différence de potentiel, c'est à
1.4 Modes de couplages
Tension en mode commun (tension
asymétrique, mode commun)
Tension transversale (tension
symétrique, mode différentiel)
Les surtensions asymétriques nuisent en
premier lieu aux corps situés entre les
potentiels actifs (câble de phases et câbles
neutres) et le potentiel de masse.
Les surtensions symétriques nuisent en
premier lieu aux corps situés entre deux
potentiels actifs.
L/+
L/+
UQ
N/-
N/UL
UL
PE
Fig. 4 : tension en mode commun
8
PHOENIX CONTACT
PE
Fig. 5 : tension en mode différentiel
dire une différence de tension, survient
également au sein d'un corps.
Bases de la protection antisurtension | Surtensions
1.5 Répercussions
La fédération allemande des sociétés
d'assurance (GDV) publie régulièrement
des statistiques permettant de tirer
des conclusions sur le montant des
dommages causés selon les différentes
sources à l'origine de ces dommages.
Les courants de foudre ainsi que les
surtensions sont la troisième cause de
dommages après les incendies et les
tempêtes. En 2012, ils représentaient
18 % de l'ensemble des sinistres assurés.
Autrement dit : un sinistre assuré sur
cinq résulte d'une surtension.
Les pannes et défaillances du matériel
surviennent plus souvent qu'il n'y paraît
à la suite de surtensions. Selon les
statistiques de la GDV, ces dernières en
seraient même la cause principale. Et
ces chiffres concernent uniquement les
dommages causés par un incendie.
La figure 6 montre que le nombre
de dommages causés par des courants
de foudre et des surtensions a reculé
en 2013 d'environ 20 % par rapport
à l'année précédente. Les prestations
financières des assurances ont cependant
diminué de seulement 10 %. Si l'on se
base sur les valeurs de l'année 2010,
on peut prévoir une augmentation
des coûts d'environ 20 %. Le nombre
croissant d'appareils électroniques qui
font leur entrée dans les foyers ainsi
que leur sensibilité accrue constituent
aux yeux des assureurs l'une des causes
principales. En moyenne, un dommage
unique causé par une surtension ou
un courant de foudre était en 2013 de
l'ordre de 800 €. C'est la valeur la plus
élevée depuis que cette statistique a été
dressée.
Cependant, pour les installations
commerciales, les conséquences d'une
panne, telles que les temps d'arrêt et les
pertes de données, sont souvent bien
plus graves. La défaillance d'un appareil
ou d'une machine utilisés à des fins
commerciales entraînent bien souvent
des coûts qui dépassent de plusieurs
fois les frais de réparation de l'appareil
défectueux.
Par exemple, les coûts encourus par
l'exploitant lors d'une défaillance d'une
340 millions
antenne-relais s'élèvent à plusieurs euros
par seconde. Par conséquent, le montant
du sinistre s'élève à plus de 100 000 €
par jour.
C'est la raison pour laquelle un
concept de protection antisurtension
complet est impérativement nécessaire
pour les installations industrielles et
commerciales. Il ne s'agit pas seulement
de prodiguer une protection efficace
contre les incendies et des personnes,
mais de prévenir également de très
grands risques financiers.
Un autre point qui renforce la
nécessite d'une protection contre
la foudre et les surtensions est
l'accroissement de la probabilité
statistique des coups de foudre. Diverses
études prévoient déjà que la fréquence
des orages augmentera en raison des
changements climatiques au niveau
mondial. Cette évolution ne se limite pas
seulement aux régions qui présentent
déjà un haut risque de foudre, mais
concerne également toutes les régions
de la terre.
Prestations d'assurance en euro
Nombre de dommages
500
000
280 millions
400
000
300
000
200
000
100
000
0
2006
2006
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Fig. 6 : nombre des dommages suite à des coups de foudre et des surtensions et montant des prestations d'assurance
PHOENIX CONTACT
9
2
Protection antisurtension :
que faut-il prendre en compte ?
Une protection antisurtension efficace ne s'installe pas telle quelle. Elle doit être adaptée
à l'installation à protéger et aux conditions d'environnement du site. C'est pourquoi il est
nécessaire de concevoir la planification et la conception complètement. En résumé, du
respect des normes et des dispositions à la répartition selon les zones de protection
contre la foudre, de nombreux détails sont à prendre en considération.
2.1 Le fonctionnement de la protection antisurtension
La protection antisurtension doit
garantir que les surtensions ne
causent aucun dommage au niveau
des installations, des équipements
électriques et des terminaux.
Les parafoudres (surge protective
device, SPD) doivent pour cela remplir
deux fonctions :
• limiter l'amplitude de la surtension
afin que la résistance d'isolement des
appareils ne soit pas dépassée et
mode commun entre les conducteurs
actifs et le conducteur de production ou
potentiel de masse (Fig. 9).
L/+
L/+
L/+
N/-
N/-
N/-
PE
PE
PE
Fig. 7 : alimentation schématique d'un
équipement
10
• détourner les courants de choc liés
aux surtensions.
Le fonctionnement d'une protection
antisurtension s'explique facilement à
l'aide du schéma de l'alimentation d'un
équipement (Fig. 7).
Comme décrit dans le chapitre
précédent 1.4, une surtension peut
survenir sous forme de tension en mode
différentiel entre les conducteurs actifs
(Fig. 8) ou sous forme de tension en
PHOENIX CONTACT
Fig. 8 : répercussions d'une surtension en tant
que tension en mode différentiel
Fig. 9 : répercussions d'une surtension en tant
que tension en mode commun
Par conséquent, les parafoudres
sont installés parallèlement à chaque
équipement entre les conducteurs actifs
eux-même (Fig. 10) ainsi qu'entre les
conducteurs actifs et le conducteur de
protection (Fig. 11).
De même qu'un commutateur, un
parafoudre s'éteint le temps de la
surtension. Un quasi court-circuit
survient et les courants de choc
peuvent s'échapper en direction de la
terre ou du réseau d'alimentation. La
différence de tension est ainsi limitée
(Fig. 12 et 13). Ce quasi court-circuit
survient uniquement pour la durée
de la surtension, à savoir quelques
microsecondes dans la plupart des
cas. L'équipement à protéger est ainsi
préservé et son fonctionnement n'en est
pas affecté.
L/+
L/+
SPD
N/SPD
N/PE
PE
Fig. 10 : SPD entre les conducteurs actifs
Fig. 11 : SPD entre les conducteurs actifs et le
conducteur de protection
L/+
L/+
SPD
N/SPD
N/PE
Fig. 12 : SPD entre les conducteurs actifs dans le
cas d'une tension transversale
PE
Fig. 13 : SPD entre les conducteurs actifs et
le conducteur de protection dans le cas d'une
tension en mode commun
2.2 Normes relatives à la protection contre la foudre et les surtensions
Les normes nationales et internationales
donnent une orientation pour l'élaboration d'un concept de protection
contre la foudre et les surtensions ainsi
que pour l'installation des équipements
individuels de protection. Les mesures
de protection suivantes sont
différenciées :
• Mesures de protection contre la
foudre : la norme de protection
contre la foudre CEI 62305 [1] [2] [3]
[4] est en vigueur. Une analyse des
risques relative à la nécessité, l'étendue et la rentabilité d'un concept de
protection est un élément clé.
• Mesures de protection contre les
effets atmosphériques et les actions
de commutation : ces questions sont
soumises à la norme CEI 60364-444 [5]. En comparaison avec la norme
CEI 62305, cette dernière part d'une
analyse des risques moins approfondie
et en déduit les mesures à prendre.
Outre les normes mentionnées, il faut,
le cas échéant, respecter les dispositions
légales et spécifiques au niveau national.
PHOENIX CONTACT
11
Bases de la protection antisurtension | Protection antisurtension : que faut-il prendre en compte ?
2.2.1 Protection contre la foudre L'utilité économique est calculée par
selon la norme CEI 62305 comparaison : quel est le coût total
Partie 1 : propriétés des coups de
foudre
Dans la partie 1 de cette norme [1] sont
décrites les propriétés caractéristiques
des coups de foudre ainsi que leur
probabilité d'occurrence et les risques
potentiels qu'ils présentent.
Partie 2 : analyse des risques
L'analyse des risques selon la partie 2
de cette norme [2] décrit un procédé
avec lequel est analysée la nécessité
d'une protection contre la foudre
pour un ouvrage. Les diverses sources
de dommages, par exemple un coup
de foudre direct sur un bâtiment,
nécessitent tout autant d'attention que
les types de dommages en résultant :
• la détérioration de la santé ou
atteinte à la vie des gens,
• la perte des services techniques pour
le public,
• la perte de biens culturels
irremplaçables et
• les pertes économiques.
annuel d'un système de protection
contre la foudre par rapport aux coûts
de dommages éventuels sans système
de protection contre la foudre ?
Cette analyse de coûts se base sur
les dépenses liées à la planification,
la conception et la maintenance d'un
système de protection contre la foudre.
Partie 3 et 4 : outils et conditions
de planification
Si la gestion des risques révèle qu'une
protection contre la foudre est
nécessaire et économique, la nature
et la portée de la mesure concrète de
protection se planifient à l'aide de la
partie 3 [3] et 4 [4] de cette norme. Le
niveau de risque résultant de la gestion
des risques est décisif pour déterminer
ces deux paramètres.
Pour les ouvrages nécessitant un
niveau de sécurité extrêmement élevé,
presque tous les coups de foudre
doivent être capturés et déviés de
manière sûre. Pour les installations pour
lesquelles un risque résiduel plus élevé
I
of lightning
97 %
5 – 150 kA
III
IV
10
Fig. 14 : Niveau de protection parafoudre
PHOENIX CONTACT
99 %
3 – 200 kA
II
12
est acceptable, les coups de foudre
avec une faible amplitude ne seront
pas capturés. La figure 14 montre, en
fonction du niveau de risque, les plus
petites amplitudes ainsi que les plus
grandes amplitudes de coups de foudre
pouvant être déviés en toute sécurité.
Ces paramètres sont décrits par le biais
des classes de protection parafoudre
I à IV.
10 – 100 kA
91 %
16 – 100 kA
84 %
50
100
150
200
i/[kA]
Bases de la protection antisurtension | Protection antisurtension : que faut-il prendre en compte ?
2.2.2 Protection antisurtension
selon la norme
CEI 60364-4-44
Cette norme [5] décrit les conditions
de déploiement des parafoudres
dans les installations à basse tension
afin de protéger les composants
électriques contre les surtensions.
Le domaine d'application se limite
ainsi aux surtensions causées par des
perturbations atmosphériques ou à la
suite de manœuvres et transmises par
le biais du système d'alimentation. Les
coups de foudre directs dans un ouvrage
ne sont pas pris en compte, seuls les
coups de foudre sur ou à proximité
des câbles d'alimentation le sont. Les
installations avec un risque d'explosion
ainsi que celles pouvant entraîner une
dégradation de l'environnement (p. ex.
les installations pétrochimiques ou les
centrales nucléaires) ne relèvent pas
du champ d'application de la norme.
Pour ces procédés, seule la norme de
protection contre la foudre CEI 62305
doit être appliquée.
Les parafoudres doivent être utilisés
lorsque des surtensions transitoires
peuvent avoir des répercussions sur les
points suivants :
• la sécurité des personnes, p. ex
dans les installations de sécurité, les
hôpitaux ;
• les installations culturelles et
publiques, p. ex. la perte de services
publics, de centres informatiques, et
de musées
• les activités industrielles ou
commerciales, p. ex. les hôtels,
les banques, les installations de
production et les fermes.
Dans tous les autres cas, il est nécessaire
de procéder à une évaluation des risques
conformément à la norme internationale.
2.3 Mesures et dispositions de protection fondamentales
Afin de garantir une protection complète
d'un ouvrage contre les coups de foudre
et les surtensions, plusieurs mesures et
dispositifs de protection coordonnés
sont nécessaires. On peut établir la
distinction sommaire suivante :
• Protection externe contre la foudre
• Protection interne contre la foudre
• Mise à la terre et équipotentialité
• Système SPD coordonné
protection contre la foudre. L'évaluation
et la détermination de la classe de
protection parafoudre en constituent
la base. Elles résultent de l'analyse des
risques. S'il n'existe aucune disposition
ou spécification pour la protection
externe contre la foudre, il est
recommandé d'appliquer au minimum la
classe de protection parafoudre III.
La position des équipements de sécurité
dans le bâtiment doit également
être définie. Il existe pour cela trois
procédés :
• Principe de la sphère fictive
• Principe de l'angle de protection
• Principe de la cage maillée
2.3.1 Protection externe contre
la foudre
La protection externe contre la foudre
(Fig. 15) doit capturer les courants
de foudre se rapprochant des objets
à protéger et les dévier du point
d'impact vers la terre. Aucun dommage
thermique, magnétique ou électrique
ne doit survenir. La protection externe
contre la foudre est un système se
composant d'un équipement de sécurité,
d'équipements de protection et d'une
installation de mise à la terre.
La partie 3 de la norme CEI 62305 [3]
est déterminante pour la planification et
la conception des systèmes externes de
Fig. 15 : protection externe contre la foudre d'une maison individuelle
PHOENIX CONTACT
13
Bases de la protection antisurtension | Protection antisurtension : que faut-il prendre en compte ?
2.3.2 Protection interne contre
la foudre
Le système de protection interne contre
la foudre doit empêcher la dangereuse
formation d'étincelles à l'intérieur de
l'installation. Les étincelles peuvent
survenir à la suite d'un courant de
foudre dans le système externe de protection contre la foudre ou dans d'autres
éléments conducteurs de l'ouvrage.
Le système interne de protection
contre la foudre se compose de l'équipotentialité et de l'isolation électrique
des systèmes externes de protection
contre la foudre.
L'équipotentialité de la protection
contre la foudre est un ensemble de
mesures permettant d'éviter des différences de potentiel. En résumé, elle
connecte le système de protection
contre la foudre avec des structures
métalliques, les systèmes internes ainsi
que les systèmes électriques et électroniques dans l'installation. Cette
connexion s'effectue par le biais de
lignes d'équipotentialité, de parafoudres
et d'éclateurs de séparation.
Pour l'isolation du système de
protection externe contre la foudre, ,
une distance latérale doit être maintenue
entre les câbles électriques et les
structures métalliques. C'est ce que l'on
appelle la distance de sécurité.
2.3.3 Mise à la terre et
équipotentialité
Un dispositif de mise à la terre a pour
but de répartir dans le sol les courants
de foudre déviés vers la terre. La forme
du dispositif de mise à la terre est ainsi
bien plus déterminant que la résistance
du sol, car le courant de foudre
constitue une très courte impulsion
qui se comporte comme un courant de
haute fréquence. Une équipotentialité
efficace est également un paramètre
essentiel. L'équipotentialité connecte
tous les composants électroconducteurs
entre eux, à savoir les conducteurs actifs
protégés par des parafoudres, par le biais
de conducteurs. Elle protège ainsi contre
tous les types de couplage.
2.3.4 Système SPD coordonné
Par système SPD coordonné, on entend
un système coordonné et multiniveaux
pour les parafoudres.
Les étapes suivantes sont fortement
recommandées pour obtenir un système
SPD performant :
• la répartition de l'installation dans des
zones de protection contre la foudre,
• la prise en compte de tous les
conducteurs qui traversent les limites
définies des zones par le biais de SPD
adaptés dans l'équipotentialité locale,
• la coordination des différents types de
SPD : les appareils doivent répondre
de manière sélective afin d'éviter une
surcharge de l'un des composants,
• la mise en place de courtes lignes
pour le raccordement parallèle des
SPD entre les conducteurs actifs et
l'équipotentialité,
• une pose séparée des câbles protégés
et non protégés et
• une mise à la terre des composants
uniquement via le SPD respectif
(recommandé).
2.4 Zones de protection foudre
La détermination de l'emplacement de
montage des parafoudres à l'intérieur
de l'ouvrage s'effectue selon le concept
de zones de protection foudre de la
partie 4 de la norme de protection
foudre CEI 62305 [4].
Cette dernière divise l'ouvrage en
différentes zones de protection foudre
(lightning protection zone, LPZ) et ce,
de l'extérieur vers l'intérieur, avec des
niveaux de risque décroissants. Ainsi,
seuls des composants non sensibles
peuvent être employés dans les zones
externes. Dans les zones internes
en revanche, seuls des équipements
sensibles peuvent être utilisés.
14
PHOENIX CONTACT
Les différentes zones sont ainsi
caractérisées et nommées comme suit :
LPZ 0A
Zone non protégée à l'extérieur d'un
bâtiment dans laquelle des coups de
foudre peuvent survenir de manière
directe. Couplage direct des courants
de foudre dans les conducteurs, champ
magnétique des coups de foudre non
atténué.
LPZ 0B
Zone à l'extérieur du bâtiment, protégée des coups de foudre directs par le
biais par exemple d'un équipement de
sécurité. Champ magnétique des coups
de foudre non atténué, courants de choc
induits sur les conducteurs uniquement.
LPZ 1
Zone à l'intérieur du bâtiment qui
rencontre encore des surtensions et des
courants de choc élevés en énergie et de
forts champs électromagnétiques.
LPZ 2
Zone à l'intérieur du bâtiment qui
rencontre des surtensions, des
courants de choc et des champs
électromagnétiques déjà fortement
atténués.
Bases de la protection antisurtension | Protection antisurtension : que faut-il prendre en compte ?
LPZ 3
Zone à l'intérieur du bâtiment qui ne
rencontre que des surtensions et des
courants de foudre extrêmement faibles
ou aucun de ces événements et de très
faibles champs électromagnétiques voire
inexistants.
Au niveau des conducteurs qui
traversent la limite des zones définies,
il est nécessaire de mettre en place
des parafoudres coordonnés (Fig. 16).
Leurs valeurs de performance reposent
sur le niveau de protection à atteindre
définie selon les directives légales ou
par le biais de l'analyse des risques. La
norme suggère que 50 % des courants
de foudre soient déviés vers la terre.
Il faut donc en tenir compte pour le
choix du parafoudre. Les 50 % restants
des courants de foudre s'écoulent, via
la liaison équipotentielle principale, dans
l'installation électrique et doivent être
déviés par le système SPD.
Fig 16 : concept de zones de protection parafoudre
2.5 Le principe du circuit de protection
Une illustration du concept de zones de
protection contre la foudre montre le
circuit électrique en question (Fig. 17).
À cet égard, il convient d'imaginer une
limite autour de la structure à protéger.
On montera des parafoudres à chaque
endroit où les câbles coupent ce circuit.
Cela permet de se rendre compte de
l'étendue de la protection (à l'intérieur
du cercle) : les propagations de
surtensions liées aux lignes sont évitées
de manière cohérente.
Le cercle de protection doit
inclure tous les lignes de
transmission électriques et
électroniques des secteurs
suivants :
• l'alimentation électrique,
• la technique de mesure, de
commande et de régulation,
• les technologies de l'information,
• et les installations émettrices/
réceptrices.
Fig. 17 : circuit de protection
PHOENIX CONTACT
15
Principes de la protection antisurtension | Classification et contrôle des parasurtenseurs
3
Classification et contrôle des
parasurtenseurs
Les parafoudres doivent disposer de fonctions de protection et de paramètres de
performance définis afin d'être adaptés à une utilisation dans les concepts de protection
correspondants. Ils sont également développés, testés et classifiés selon une série de
normes produits internationales spécifiques. Même lors d'une utilisation ultérieure, le
fonctionnement adéquat et la maintenance des fonctions de protection doivent être
contrôlés régulièrement, comme c'est également le cas pour les autres composants
relatifs à la sécurité des installations et des systèmes électroniques.
3.1 Exigences selon la norme produit CEI 61643
Les parafoudres/SPD sont classés selon
leurs valeurs de puissance, en fonction
de leur classe de protection et leur
lieu d'utilisation, et cela dans la norme
produit CEI 61643. Cette dernière
comprend les définitions, les exigences
générales et les procédures de contrôle
pour les parafoudres.
La norme se différencie ainsi :
• CEI 61643-11 : parafoudres pour
les installations à basse tension –
Exigences et essais [6]
• CEI 61643-21 : parafoudres
connectés aux réseaux de signaux et
de télécommunications – Prescriptions de fonctionnement et méthodes
d'essais. [7]
• CEI 61643-31 : parafoudres pour
les installations photovoltaïques
– Exigences et essais pour les
16
PHOENIX CONTACT
parasurtenseurs pour les installations
photovoltaïques [8]
Cette série devrait être complétée à
l'avenir par la partie suivante :
• CEI 61643-41 : parasurtenseurs pour
les installations à basse tension et à
tension continue – Exigences et essais
Fig. 18 : CEI 61643
– Norme produit pour
les parafoudres
Principes de la protection antisurtension | Classification et contrôle des parasurtenseurs
3.2 Paramètres déterminants pour les parafoudres
Tension nominale (UN)
Valeur nominale de la tension du circuit
d'alimentation ou de signalisation
reposant sur l'utilisation prévue des SPD.
La tension nominale indiquée pour un
SPD correspond à la tension du système
du lieu d'utilisation typique du SPD.
Pour un système triphasé courant par
exemple, elle s'élève à 230/400 V AC.
Il est également possible de protéger
de faibles tensions de système par le
biais du SPD. Pour les fortes tensions de
système, il faut procéder au cas par cas
et décider si le SPD peut être installé
ou s'il est nécessaire de respecter des
restrictions.
Courant de charge nominal (IL)
Valeur effective maximale de l'intensité
nominale pouvant passer à une charge
ohmique raccordée à la sortie sécurisée
du SPD.
Cette valeur maximale est préréglée
par le biais de composants conducteurs
de courant de fonctionnement à l'intérieur du SPD. Ces derniers doivent être
en mesure de maintenir la charge à
courant continu de manière thermique.
Courant de court-circuit assigné
(ISCCR)
Tenue au courant de court-circuit du
SPD mesuré en fonction de la protection
surintensité raccordée en amont.
Le courant de court-circuit
assigné indique le courant de courtcircuit présumé maximal permettant
l'installation du SPD au lieu du montage.
Les essais correspondants pour
déterminer cette valeur sont effectués
en fonction de la protection contre les
surintensités (overcurrent protective
device, OCPD) en amont. Dans le cas
des parafoudres spécifiques pour les
installations photovoltaïques, la valeur
ISCPV correspond au courant continu de
court-circuit maximal de l'installation
permettant d'installer le SPD.
Tension permanente maximale
(Uc)
Valeur effective maximale de tension
qui peut être appliquée de manière
permanente au niveau des circuits de
protection du SPD.
La tension permanente maximale
doit être supérieure d'au moins 10 % à
la valeur de la tension nominale. Dans
les systèmes avec de fortes variations
de tension, les SPD pouvant être
installés doivent présenter un intervalle
important entre les valeurs Uc et Un.
Niveau de protection en tension
(Up)
Tension maximale pouvant être délivrée
au niveau des bornes de raccordement
du SPD pendant la charge avec une
impulsion de la pente de tension et une
charge avec un courant de décharge
de l'amplitude et de la forme d'onde
données.
Cette valeur caractérise l'effet de
protection antisurtension du SPD. Dans
le cas d'une surtension dans le cadre
des paramètres de performance du SPD,
la tension au niveau du raccordement
protégé du SPD est limitée en toute
sécurité à cette valeur.
Courant de décharge d'impulsion
(Iimp)
Valeur de crête du courant circulant
dans le SPD avec la forme d'impulsion
(10/350 μs).
La forme d'impulsion (10/350 μs)
d'un courant de choc est caractéristique
des effets d'un coup de foudre direct.
La valeur du courant de décharge
d'impulsion est utilisée pour les tests
spécifiques d'un SPD afin de contrôler la
capacité de charge relative aux courants
de foudre à haute valeur énergétique.
En fonction de la classe de protection
parafoudre indiquée pour un système
de protection contre la foudre, les
SPD doivent respecter les seuils
correspondants relatifs à cette valeur.
Courant nominal de décharge (In)
Valeur de crête du courant circulant
dans le SPD avec la forme d'impulsion
(8/20 μs).
La forme d'impulsion (8/20 μs) d'un
courant de choc est caractéristique des
effets d'un coup de foudre indirect ou
d'une manœuvre. La valeur du courant
nominal de décharge est utilisée pour
un large éventail de tests d'un SPD ainsi
que pour la détermination du niveau de
protection en tension. En fonction de la
classe de protection parafoudre indiquée
pour un système de protection contre
la foudre, les SPD doivent respecter les
seuils correspondants relatifs à cette
valeur.
Tension de marche à vide (UOC)
Tension de marche à vide du générateur
hybride au niveau des points de
raccordement du SPD.
Un générateur hybride génère ce que
l'on appelle un choc combiné, c'est-àdire qu'il délivre lors de la marche à
vide une impulsion de tension d'une
forme d'impulsion définie, en général
(1,2/50 μs), et une impulsion de courant
d'une forme d'impulsion définie, en
général (8/20 μs). Le choc combiné est
caractéristique des répercussions des
surtensions induites. En fonction de la
classe de protection indiquée pour un
système de protection contre la foudre,
les SPD doivent respecter les seuils
correspondants relatifs à cette valeur.
PHOENIX CONTACT
17
Principes de la protection antisurtension | Classification et contrôle des parasurtenseurs
Impulsions normatives de courant
de choc
sur la réactivité du SPD. L'accroissement
de la tension lié à ce courant de choc
est fulgurant, afin que la fonction de
limitation de tension du SPD puisse se
déclencher en très peu de temps.
Les SPD conçus pour la protection
contre des courants de foudre directs
sont également sollicités par des
courants de foudre de la forme
d'impulsion (10/350 μs) (Fig. 20).
La fonction de limitation de tension des
SPD est testée par le biais de courants
de choc de la forme d'impulsion
(8/20 μs) (Fig. 19), c'est-à-dire avec un
temps de montée de 8 μs et un temps à
demie amplitude de 20 μs. Cette forme
d'impulsion particulièrement dynamique
donne également des éclaircissements
I
(%)
100
90
I
(%)
100
90
50
50
10
10
0
0
8
20
L'amplitude maximale dépend donc du
courant de décharge d'impulsion spécifié
par le fabricant. Cette forme d'impulsion
contient à la même amplitude une
multitude de charges électriques
par rapport à la forme d'impulsion
(8/20 μs). Elle sollicite ainsi le SPD
plus intensément d'un point de vue
énergétique.
10
Fig. 19 : évolution d'un impulsion (8/20 μs)
t (µs)
350
t (µs)
Fig. 20 : évolution d'un impulsion (10/350 μs)
3.3 Maintenance et contrôle selon la norme CEI 62305
Afin d'obtenir une haute disponibilité
de l'installation, les exploitants se
doivent d'inspecter et d'entretenir leur
installations électriques de manière
régulière (tableau 1). Les procédures
correspondantes sont prévues selon
le type d'installation, la législation,
les autorités et la caisse d'assurance
professionnelle. Les contrôles et
maintenances régulières des systèmes
de protection contre la foudre, externes
et internes, sont même exigés dans
l'annexe E.7 de la norme relative
CEI 62305-3 [3]. Pour un contrôle des
systèmes de protection contre la foudre
conforme aux règles en vigueur, des
connaissances spécifiques sont requises.
C'est la raison pour laquelle il est
recommandé que ce contrôle soit réalisé
par un spécialiste en protection contre
la foudre. Le contrôle du SPD en est
par ailleurs un élément indispensable. La
norme exige également de documenter
la maintenance de manière précise.
Les trois points suivants doivent être
observés en particulier :
Classe de protection parafoudre
Contrôle visuel
(années)
Contrôle complet
(années)
Contrôle complet en cas de
situations critiques (années)
I et II
1
2
1
III et IV
2
4
1
Tableau 1 : intervalles de contrôles selon CEI 62305
18
PHOENIX CONTACT
Principes de la protection antisurtension | Classification et contrôle des parasurtenseurs
• Des contrôles complets en cas de
situations critiques » concernent les
ouvrages contenant des systèmes
sensibles, ou les installations disposant
d'un grand nombre de personnes.
• Les ouvrages protégés contre les
explosions doivent être soumis à un
contrôle visuel tous les 6 mois. Le
test électrique des installations doit
être réalisé une fois par an.
• Pour les installations avec de hautes
exigences en termes de technique
de sécurité, un législateur peut, par
exemple, préconiser un contrôle
complet. Cela peut s'avérer nécessaire
lorsqu'un coup de foudre s'est produit
dans un rayon donné autour de
l'installation concernée.
3.3.1 Contrôle électrique
On peut alors se demander ici ce que
l'on entend exactement par contrôle
complet. Car un contrôle visuel n'est
bien souvent pas suffisamment fiable
pour déterminer la fonctionnalité
d'un SPD. Un contrôle électrique en
revanche peut démontrer clairement les
performances de ce dernier.
Lors du contrôle électrique du SPD,
la tension d'essai est choisie de telle
sorte que le SPD soit conducteur.
Les résultats de mesure sont ensuite
comparés aux valeurs de référence et
évalués.
Avantages
L'appareil de contrôle modulaire et
intelligent est doté d'un écran de
commande, d'un scanner de codesbarres, d'un automate à mémorisation
programmable ainsi que d'un bloc
d'alimentation haute tension à utilisation
par télécommande et à limitation de
courant. Grâce à un adaptateur d'essai,
le CHECKMASTER 2 peut être adapté
en toute simplicité à divers parafoudres.
Ces adaptateurs d'essai peuvent être
remplacés sans outil et sans avoir à
mettre l'appareil de contrôle hors
tension.
Le CHECKMASTER 2 n'identifie pas
seulement les parafoudres défectueux. Il
est également en mesure d'identifier les
parafoudres déjà endommagés, dont les
paramètres électriques se trouvent à la
limite de la marge de tolérance prédéfinie.
Afin de pouvoir également contrôler
les parafoudres qui seront développés
dans le futurs, il est possible d'effectuer
des mises à jour logicielles par le biais
d'une clé USB. Ces dernières sont
disponibles pour la banque de données
des composants, le firmware ainsi que
les langues d'interface.
Le protocole de contrôle avec les
résultats, les lieux de montage et les
valeurs alphanumériques sont enregistrés
de manière non volatile et peuvent
être stockés sur une clé USB grâce à
une interface dédiée. Il est possible
d'effectuer un traitement des données
à l'aide des logiciels Microsoft Office
standard (MS Word, MS Excel, etc.).
CHECKMASTER 2
Le CHECKMASTER 2 permet un
contrôle simple et entièrement
automatique des parasurtenseurs
enfichables. Les parafoudres
défectueux et endommagés
préalablement sont identifiés en
toute sécurité et peuvent être
remplacés de manière préventive.
Tous les résultats du contrôle sont
documentés conformément aux
normes.
3.3.2 Appareil de contrôle
CHECKMASTER 2
Le CHECKMASTER 2 (Fig. 21) est
un appareil de contrôle de rigidité
diélectrique portatif, robuste et sûr
d'utilisation de Phoenix Contact destiné
aux parafoudres enfichables. Il réalise
un contrôle électrique automatique des
SPD enfichables.
Fig. 21 : appareil de contrôle de rigidité diélectrique CHECKMASTER 2
PHOENIX CONTACT
19
Principes de la protection antisurtension | Classification et contrôle des parasurtenseurs
3.4 Technique d'essais d'impulsions et à haute intensité
Ip
iImpulse
Générateur
de courant
de choc
SPD
Les parafoudres sont d'autant plus
efficaces s'ils reflètent avec précision
les caractéristiques spécifiques ainsi
que les exigences de votre domaine
d'application. Le développement des
parafoudres demande par conséquent de
reproduire en laboratoire des conditions
d'utilisation, de manière plus concrète,
les conditions électriques et les
événements de surtension attendus.
Utest
50 Hz
Système d'alimentation
U MV
Une reproduction proche de
la réalité des événements de
surtension
Pour la qualification technique de tous
les SPD à haut rendement, les systèmes
d'alimentation basse tension performants
doivent être reproduits. Cette reproduction est liée avec un générateur de
courant de choc afin de générer des
surtensions transitoires. La performance
de l'équipement de protection ainsi
que ses interactions avec les différents
systèmes d'alimentation peuvent être
définies uniquement à l'aide d'un tel
dispositif d'essai. La norme CEI 6164311 [6] décrit à cet égard une procédure
de test qui est dénommée comme un
contrôle des étapes de travail. Lors de ce
Fig. 23 : installation d'essai à haute tension 50 Hz triphasée pour la représentation de divers systèmes
d'alimentation à basse tension
contrôle, le parafoudre est exposé à des
impulsions de courant de choc pendant
qu'il est raccordé parallèlement à un système d'alimentation défini et paramétré.
La conception principale d'un tel dispositif d'essai, reposant principalement sur
un générateur de courant de choc, d'un
parafoudre et d'un système d'alimentation aux fréquences des réseaux électriques, est représentée à la Fig. 23.
Fig. 22 : résistances et inductances sur la section à haute tension et sur la
section à basse tension du transformateur de test
20
PHOENIX CONTACT
Simulation des courants de foudre
Les générateurs de courants de choc
(Fig. 26) sont des éléments clés du
laboratoire de haute intensité : ils
permettent de définir le pouvoir de
décharge, de tester les composants de
la protection externe contre la foudre
et de prouver la fonctionnalité des
concepts complets de protection antisurtension. Ils simulent des courants de
Fig. 24 : postes d'essais de l'installation d'essai à haute tension
Principes de la protection antisurtension | Classification et contrôle des parasurtenseurs
Fig. 25 : installation d'essai complètement automatique pour déterminer le
comportement des parafoudres en cas de surcharge ou de panne selon la
norme CEI 61643-11 [6]
foudre avec une amplitude allant jusqu'à
100 kA et des courants de commutation
avec une amplitude égale ou supérieure
à 200 kA. La forme d'impulsion utilisée
dans ce contexte est désignée comme
impulsion de type (10/350 μs) et est
décrite dans la norme CEI 62305-1 [1].
Contrôles entièrement
automatiques
Les conditions des parafoudres selon
la norme CEI 61643-11 [6] exigent
des contrôles (Fig. 25) pour évaluer le
comportement de l'appareil en cas de
surcharge ou de panne. Le contrôle de
la stabilité thermique simulant l'usure
du parafoudre à la suite de courants de
fuite croissants constitue l'un des tests
principaux. La réalisation de l'essai peut
durer plusieurs heures. Les séquences
d'essai similaires pour lesquelles il
faut investir beaucoup de temps et de
ressources sont définies dans la norme
CEI 61643-21 [7] pour les SPD à
installer dans les circuits de transmission
de signaux.
Fig. 26 : générateur de courant de foudre
Accréditation selon DIN EN ISO/
CEI 17025
L'équipement technique à lui seul
n'est pas suffisant pour un laboratoire
d'essai : les compétences techniques
des employés, l'efficacité du système
de gestion pour l'assurance qualité
ainsi qu'une garantie d'indépendance
et d'impartialité des critères d'essai
revêtent une importance équivalente.
Les exigences générales requises
concernant la compétence des
laboratoires d'essais et d'étalonnages
sont décrites dans la norme DIN
EN ISO/CEI 17025. La mise en place
et le respect de cette norme peut être
par exemple contrôlés et validés par
l'organisme d'accréditation allemand
DAkks (Deutsche Akkreditierungsstelle).
Un laboratoire de haut niveau
• Chaque événement de surtension
peut être reproduit. Phoenix Contact
est en mesure de reproduire tous
les systèmes d'alimentation à basse
tension et leurs caractéristiques de
manière conforme à la réalité, le tout
dans une installation d'essai interne
à haute tension 50 Hz triphasée. Elle
génère de forts courants de courtcircuit jusqu'à 50 000 A. En outre,
les paramètres d'essais peuvent
être échelonnés et configurés très
facilement : des conditions idéales
pour développer des systèmes de
protection antisurtension sur mesure.
• Des résultats d'essais faciles à
reproduire ; des essais efficaces. Le
laboratoire de Phoenix Contact est
hautement automatisé et s'adapte
ainsi parfaitement à une surveillance
continue de la qualité.
• Une haute qualité avérée et
certifiée de manière indépendante.
Le laboratoire d'essais sur les
impulsions et le courant élevé de
Phoenix Contact est accrédité selon
la norme DIN EN ISO/CEI 17025.
PHOENIX CONTACT
21
Bases de la protection antisurtension | Critères de qualité
4
Critères de qualité
La qualité et la performance des parafoudres sont des paramètres difficiles à évaluer
pour un client. Seul un laboratoire approprié peut en garantir le bon fonctionnement.
Outre l'aspect extérieur et le toucher, seules les données techniques spécifiées par le
fabricant peuvent offrir une indication. L'assurance du fabricant quant aux performances
du SPD et la validité des tests prévus par la norme produit respective de la série
CEI 61643 est d'autant plus importante.
4.1 Déclaration de conformité
Une première promesse de qualité est
la déclaration de conformité CE. Elle
démontre la conformité du produit avec
la directive sur la basse tension 2014/35/
UE de l'Union Européenne. Pour les
parafoudres, il est nécessaire avant tout
de respecter les normes produit de la
série EN 61643 qui se basent sur la série
CEI 61643.
Veuillez cependant noter que l'évaluation
et la déclaration de conformité CE
sont réalisées par le fabricant. Elles
ne correspondent en aucun cas à un
label d'un institut indépendant ou à
une certification spécifique résultant
d'une étude et d'une évaluation d'un
produit par un tiers. Le label CE signifie
simplement que le fabricant atteste
le respect des règlements applicables
relatifs à son produit. Si une preuve est
apportée que ces règlements n'ont pas
été respectés ou que le marquage CE
a fait l'objet d'une utilisation abusive,
des poursuites judiciaires pourront être
menées, jusqu'à l'interdiction de mise
en circulation du produit sur le marché
européen.
Logo CE officiel pour le
repérage des produits
22
PHOENIX CONTACT
Bases de la protection antisurtension | Critères de qualité
4.2 Certifications produit indépendantes
Les certifications produit d'organismes
de contrôle indépendants constituent
une véritable preuve de qualité. Elles
sont même en mesure de valider le
respect de la norme produit correspondante. En outre, elles peuvent
documenter les caractéristiques
supplémentaires des produits, telles que
l'insensibilité aux effets de chocs et de
vibrations ou les exigences relatives à la
sécurité de certains marchés intérieurs.
Les conditions normatives des SPD
exigent parfois des contrôles très
complexes que seuls quelques laboratoires d'essais au monde sont en mesure
de réaliser pleinement. Les fabricants
et fournisseurs de SPD du segment
« entrée de gamme » sont toujours plus
nombreux à remettre en question les
informations concernant l'efficacité des
appareils. C'est pourquoi la certification
indépendante des SPD ainsi que la
validation des données relatives à leur
performance revêtent une importance
capitale.
KEMA, VDE, ÖVE, etc.
Ce label d'organismes de contrôle
indépendants atteste le respect de
l'état actuel de la norme de produit
correspondante de la série CEI 61643.
UL, CSA, EAC, etc.
Ces homologations sont des exemples
d'exigences de certains marchés
intérieurs.
UL et CSA formulent ainsi selon
leurs propres normes des exigences en
matière de sécurité pour les produits
dédiés au marché nord-américain et
aux régions influencées par ce dernier.
EAC en revanche correspond à une
distribution plus administrative des
produits dans l'espace économique
eurasien. Elle équivaut à la déclaration
de conformité CE et peut être obtenue
sur la base de celle-ci.
GL, ATEX, CEIEx, ect.
Ces homologations contrôlent le
comportement des produits lorsqu'ils
sont soumis à des conditions
d'environnement spécifiques.
GL certifie ainsi l'insensibilité des
produits face aux influences externes
de l'environnement maritime et plus
précisément sur la mer, telles que les
chocs, les vibrations, l'humidité et la
concentration en sel.
ATEX et CEIEx confirment quant
elles la capacité des produits à être
utilisés dans des atmosphères explosibles
comme c'est souvent le cas dans
l'industrie des procédés.
Une qualité certifiée de
manière indépendante
Phoenix Contact a doté une grande
partie de sa gamme de produit
dans le domaine de la protection
antisurtension de certifications
indépendantes. La conformité aux
normes ainsi que le respect d'une
haute qualité produit sont ainsi
documentés pour l'utilisateur.
Fig. 27: certifications produit d'organismes de contrôle indépendants
PHOENIX CONTACT
23
Bases de la protection antisurtension | Critères de qualité
4.3 Compétences en protection antisurtension
Compréhension des applications
Le développement des installations
électriques et de l'ingénierie de systèmes
ne cesse de faire découvrir de nouvelles
technologies et par extension, de toutes
nouvelles solutions techniques qui
imposent des exigences extrêmement
spécifiques en termes de protection
antisurtension. La technique de
système pour l'utilisation des énergies
renouvelables (photovoltaïques et
éoliennes) en est un parfait exemple.
C'est la raison pour laquelle il est
nécessaire de comprendre précisément
le fonctionnement de chaque système à
protéger et son environnement afin de
développer des parafoudres sur mesure.
Recherche et développement
Un engagement approfondi dans la
recherche fondamentale et le développement technologique constitue la base
pour la poursuite du développement. Il
faut donc accomplir les tâches suivantes :
• fixer des exigences précises en
Fig. 28 : application pratique
24
PHOENIX CONTACT
•
•
•
•
matière de parafoudres (objectifs de
protection),
exploiter de nouveaux matériaux
adaptés pour les applications,
exploiter et maîtriser des
technologies de base novatrices,
structurer les processus de
développement et
développer de nouveaux concepts
et appareils de protection avec des
caractéristiques sur mesure.
Contrôle et qualification
Les installations de contrôle pouvant
reproduire des conditions réelles
sont absolument nécessaires pour
le développement de concepts et
d'appareils de protection antisurtension.
C'est également valable pour les essais
techniques de laboratoire.
de développement de ces produits, la
prise en compte des aspects processus
et procédures. Cela présuppose une
interaction avancée des activités de
développement des produits avec
le développement des processus et
procédures.
Les mesures d'assurance qualité
appliquées sous forme d'essais
individuels dans la fabrication en série
revêtent une grande importance. Pour
les parafoudres, des essais destructifs par
exemple sont pertinents pour recueillir
des caractéristiques produits jusqu'aux
limites de performance et au-delà. Il est
ainsi possible d'identifier rapidement
les écarts possibles dans les processus
de fabrication et leur incidence sur la
qualité du produit.
Production et assurance qualité
La production de parafoudres adaptés
au marché et répondant aux plus hautes
normes de qualité exige, dès la phase
Fig. 29 : développement axé sur la recherche
Bases de la protection antisurtension | Critères de qualité
Fig. 30 : assurance qualité dans le processus de production
Fig. 31 : conditions d'essai proches de la réalité
Des partenaires qualifiés et compétents
Grâce à Phoenix Contact, fournisseur
de solutions dans le domaine de la
protection antisurtension, vous
profitez de nombreux avantages :
• une recherche fondamentale et
un développement technologique
en interne qui exploitent et
mettent à profit de manière ciblée
les nouvelles technologies et
les nouveaux matériaux pour la
protection antisurtension ;
• un développement de produit en
réseau grâce à des coopérations
universitaires et technologiques
ainsi qu'à des collaborateurs
actifs dans les commissions et
groupes de travail nationaux et
internationaux ;
• une exploitation d'un laboratoire
interne d'essais sur les impulsions
et le courant élevé, accrédité
selon la norme ISO/CEI 17025, qui
permet la qualification intégrale
des parafoudres en conformité
avec toutes les normes courantes
dans le domaine de la protection
antisurtension et contre la foudre ;
• une interaction étroite entre les
développements de produits,
de procédures et de processus,
permettant de respecter les divers
aspects de fabrication nécessaires
pour garantir la qualité optimale
des produits, et ce dès le début de
la conception du produit et
• des contrôles qualité normalisés
réalisés en tant qu'essais individuels
automatisés accompagnant les
processus de fabrication ou basés
sur les lots lors de procédures
d'échantillonnage destructives et
permettant de garantir un haut
niveau de qualité et de sécurité
pour les produits.
PHOENIX CONTACT
25
Bases de la protection antisurtension | Le système de mesure de courants de foudre
5
Le système de mesure du courant de
foudre
La foudre provoque des dommages considérables sur les bâtiments et les installations.
Elle menace les ouvrages particulièrement exposés, comme les parcs d'éoliennes
offshore, les pylônes radio, les installations de loisir ou les immeubles de grande hauteur.
Une surveillance continue par des personnes étant quasiment impossible pour les
installations exposées ou les installations de grande superficie, les perturbations risquent
d'être décelées trop tard.
Le système de mesure du courant de foudre LM-S acquiert et analyse la foudre en
temps réel. Il fournit en ligne des informations sur la puissance de la foudre selon des
paramètres types. Par l'analyse des paramètres de service de l'installation et des données
de mesure, le système fournit une meilleure base de décision pour les interventions de
contrôle et de maintenance.
5.1 Surveillance intelligente
La foudre peut provoquer des dommages
considérables sur les bâtiments et les
installations. Elle peut causer des
destructions massives et occasionner
ainsi des dommages indirects.
Les dommages dépendent en premier
lieu de l'énergie et de la charge du coup
de foudre. Mais la mise en œuvre du
concept de protection contre la foudre
et les surtensions influent également sur
l'ampleur des dommages causés.
Les installations fortement exposées
ou très étendues, telles que les installations éoliennes, de production
d'énergie, ferroviaires ainsi que les
grandes entreprises industrielles,
présentent un risque particulièrement
élevé en matière de coups de foudre.
Dans ce type d'installations, il est
en général très difficile selon les
circonstances, voire impossible,
de mettre en place une mesure de
protection efficace contre la foudre.
On remarque souvent les perturbations
et les dommages sur l'installation
uniquement en raison des dommages
indirects.
C'est pourquoi des systèmes de
surveillance intelligents sont de plus
en plus utilisés. Ils surveillent en
permanence les diverses fonctionnalités
d'une installation. Les résultats sont
immédiatement transmis à un poste
de contrôle central. Cela permet
de réagir immédiatement lors d'un
dysfonctionnement et d'éviter des
dommages indirects, tels que de longues
périodes d'arrêt.
Fig. 32 : système de surveillance parafoudre
26
PHOENIX CONTACT
Bases de la protection antisurtension | Le système de mesure de courants de foudre
5.2 Acquisition des courants de foudre
Le système de mesure de courant
de foudre LM-S (Fig. 32) offre la
possibilité de recueillir les courants de
foudre : lorsque la foudre frappe un
paratonnerre, un champ magnétique
se forme autour de l'équipement de
protection et conducteur de foudre. Le
système LM-S exploite l'effet Faraday
afin de mesurer ce courant. La lumière
est polarisée dans le circuit de mesure
du capteur. Le champ magnétique se
formant à la suite d'un coup de foudre
rend la lumière préalablement polarisée
mesurable (Fig. 33). Le système transmet le signal lumineux du capteur à
l'unité de traitement par l'intermédiaire
d'un câble optique. Les valeurs
caractéristiques de l'événement foudre
– amplitude maximale, front du coup de
foudre, énergie spécifique et charge –
sont déterminées et enregistrées avec la
date et l'heure de l'impact de foudre.
Lorsque des coups de foudre sont
mesurés dans un bâtiment ou une
installation éolienne, il est possible d'en
déduire la relation entre les paramètres
de la décharge et la dégradation qui
s'en suit. De plus, l'évaluation permet
de déduire l'efficacité du système de
protection contre les éclairs.
La procédure de règlement du sinistre
réunit également les informations
concernant les coups de foudre à
l'aide de systèmes d'information sur la
foudre. Ces systèmes sont en mesure
de localiser un coup de foudre avec une
précision de 200 mètres. En revanche,
seul un système de mesure des
courants de foudre tel que le LM-S peut
déterminer si et où un bâtiment ou une
installation a été frappé(e) par la foudre.
Fig. 33 : principe de fonctionnement de l'effet
Faraday
Système de mesure du
courant de foudre LM-S
Le système de surveillance de la
foudre acquiert les coups de foudre
dans le système de protection
adapté d’un bâtiment ou d’une
installation. Toutes les données
de mesure sont disponibles pour
un accès à distance sur diverses
interfaces telles que l’interface
Web intégrée ou le Modbus. Les
grandeurs mesurées du courant
d’impulsion sont les suivantes :
• Amplitude Ipeak
• Gradient di/dt
• Charge Q
• Énergie spécifique W/R
Fig. 34 : utilisation du LM-S par la tour
Burj Khalifa
PHOENIX CONTACT
27
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6
Domaines d'application
La norme produit CEI 61643 divise les applications dans lesquelles sont utilisés les
parafoudres selon les catégories suivantes : installations à basse tension, réseaux de
signaux et de télécommunication et installations photovoltaïques. De manière générale, il
existe des configurations systèmes très diverses entre tous les secteurs. Par conséquent,
les solutions et les étapes peuvent également sembler très différentes. Il convient donc
de prendre en considération toutes ces applications avec précision.
6.1 Protection des systèmes à courant alternatif
Type SPD
Désignation
LPZ 0A
LPZ 1
Type 1
Parafoudre
LPZ 0B
LPZ 1
Type 2
Parafoudre
LPZ 1
LPZ 2
Type 2
Parafoudre
LPZ 2
LPZ 1
Type 3
Protection d'appareil
Tableau 2 : passage des zones de protection parafoudre et type de SPD correspondant
À proximité du point
d'alimentation de l'installation
électrique,
p. ex. les distributions
secondaires
Appareils et
matériel électrique
Catégorie de surtension
IV
Catégorie de surtensions
III
Catégorie de surtension
III/I
SPD
Point d'alimentation de
l'installation électrique, p. ex.
une installation de
distribution électrique
principale
SPD
Le concept de zones de protection
contre la foudre prévoit, pour tous les
conducteurs qui traversent la limite
des zones définies, des parafoudres
coordonnés. Leurs valeurs de
performance reposent sur la classe de
protection à atteindre.
Selon chaque jonction, divers types
sont nécessaires (voir tableau 2).
Les exigences concernant les types
individuels de SPD sont définies dans
la norme produit pour les parafoudres
CEI 61643-11 [6].
Il est possible d'en déduire un
concept de protection multiniveaux
(Fig. 35).
Transition des zones
SPD
6.1.1 Types et technologies de
SPD
SPD de type 1 ou
SPD de type 2
SPD de type 2 ou
SPD de type 3
SPD de type 2 ou
SPD de type 3
Fig. 35 : concept de protection multiniveaux
28
PHOENIX CONTACT
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Les différents niveaux permettent de
limiter le degré de risque d'une zone
à l'autre. Les amplitudes et l'énergie
spécifique des surtensions et des
courants de choc escomptés ne cessent
de décroître. Par conséquent, la valeur
de tension, à laquelle les SPD individuels
doivent limiter les surtensions, diminue
également. Ce résultat est atteint en
raison du faible niveau de protection
en tension des SPD : leurs limites
maximales reposent sur la résistance
d'isolement des composants à protéger
à proximité immédiate. La résistance
d'isolement est indiquée selon la norme
CEI 60664-1 [9] dans les catégories de
surtension I à IV (tableau 3).
Triphasé
Monophasé
Tension conducteur
vers conducteur
neutre dérivée de la
tension alternative
nominale ou de la
tension continue
nominale jusqu'à
V
V
V
Tension nominale du
système d'alimentation
(secteur) selon
CEI 60038
120 – 240
Tension de choc
assignée
Catégorie de surtension
I
II
III
IV
V
V
V
V
50
330
500
800
1 500
100
500
800
1 500
2 500
150
800
1 500
2 500
4 000
230/400
277/480
300
1 500
2 500
4 000
6 000
400/690
600
2 500
4 000
6 000
8 000
1 000
1 000
4 000
6 000
8 000
12 000
Tableau 3 : catégories de surtension selon la tension nominale
6.1.2 Type 1 : parafoudre
Les parafoudres de type 1 doivent
répondre aux exigences les plus hautes
en matière d'amplitude et d'énergie de
surtensions et de courants de choc,
car ils doivent également protéger les
installations de coups de foudre directs.
Dans l'environnement d'installation
typique de la distribution principale, les
exigences en terme de résistance aux
courts-circuits sont très hautes. Afin de
pouvoir y répondre, une technologie
puissante est nécessaire, telle que la
technologie d'éclateur par exemple.
Technologie d'éclateur
Le principe de fonctionnement d'un
éclateur est de prime abord relativement
simple : deux électrodes se font face
à une distance définie et forment un
état isolant (Fig. 36). Si la tension entre
les deux électrodes dépasse la rigidité
diélectrique de l'air (env. 3 kV/mm) à
cette distance en raison, par exemple,
d'une surtension, un arc électrique se
manifeste. Comparée à l'état isolant avec
une impédance de l'ordre du gigaohm,
l'impédance de l'arc électrique est très
faible, tout comme l'est la chute de
tension par l'intermédiaire de l'éclateur.
Cette caractéristique est idéale pour
dévier les courants de foudre : plus la
tension résiduelle de l'éclateur est faible,
plus l'est également l'apport énergétique
à contrôler. Concernant le changement
brusque d'impédance et de différence
de tension par le biais de l'éclateur, la
caractéristique non linéaire est désignée
comme commutation de tension. L'un
des plus grands avantages qui résulte de
la faible tension résiduelle est la faible
sollicitation des équipements protégés
en raison de tensions supérieures à la
tension nominale spécifiée et la tension
permanente maximale. Pour la durée
relativement longue des courants
de foudre, la tension résiduelle d'un
éclateur reste très faible, dans le cadre
de la tension permanente maximale
des appareils à protéger. Les SPD de
type 1 dotés de composants limitant la
tension dépassent bien souvent plusieurs
centaines de volts : une sollicitation
bien plus importante pour l'équipement
protégé.
Les éclateurs modernes sont généralement encapsulés dans un boîtier en
acier robuste, afin qu'aucun gaz ionisé
produit par l'arc électrique ne puisse
pénétrer l'environnement durant le processus de décharge. En outre, les éclateurs sont bien souvent déclenchés :
ils disposent d'une électrode
supplémentaire pour favoriser l'amorçage
Fig. 36 : représentation du circuit équivalent d'un
éclateur encapsulé
des éclateurs. Cela limite le niveau de
protection en tension à un très faible
degré, bien en-deçà de la tension
qui résulte seulement de la rigidité
diélectrique de l'air. Même lorsque
l'environnement d'installation des SPD
de type 1 ne l'exige pas : le niveau de
protection en tension des éclateurs à
amorçage moderne se situe bien souvent
au même degré que la plus faible
catégorie de surtension I (par rapport à
la tension nominale du système).
PHOENIX CONTACT
29
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Pouvoir d'extinction du courant de
suite
L'une des caractéristiques spécifiques
des éclateurs est ce l'on appelle le
pouvoir d'extinction du courant de suite
lfi. Lorsqu'un éclateur est déclenché par
une surtension, il représente pour le
réseau d'alimentation raccordé un quasi
court-circuit, qui est appliqué au réseau
électrique. Les éclateurs doivent alors
être en mesure de couper le courant
de court-circuit provenant du réseau
après le processus de décharge de
manière autonome et sans déclencher
la protection contre les surintensités
en amont. Le pouvoir d'extinction du
courant de suite indique le courant
de court-circuit présumé maximal qui
garantit cette fonction. Les éclateurs
modernes doivent présenter deux
caractéristiques :
• dévier les fortes énergies des brefs
courants de foudre et
• éliminer de manière autonome les
courants de suite des puissants
réseaux d'alimentation.
En cas de courants de foudre,
l'impédance des éclateurs est dans
le meilleur des cas très faible afin de
2000 V
20 kA
(8/20 µs)
1500 V
15 kA
1000 V
10 kA
500 V
5 kA
0V
0 kA
0 µs
10 µs
20 µs
Fig. 37 : courbe de tension résiduelle typique
d'un éclateur déclenché lors de charges avec une
impulsion (8/20 μs)
maintenir l'apport en énergie au niveau
le plus bas possible et augmenter la
robustesse. En cas de courants de suite
en revanche, l'impédance doit être la
plus élevée possible, afin de garantir une
extinction rapide.
Afin de pouvoir résister à de fortes
amplitudes de courants de foudre jusqu'à
50 kA avec des courants de court-circuit
présumés jusqu'à 100 kA au niveau des
réseaux d'alimentation, les éclateurs
actuels sont souvent conçus de manière
complexe et se composent de nombreux
composants fonctionnels (Fig. 38).
Capuchon isolant hautement
résistant aux températures
élevées et à la pression
Boîtier en acier
encapsulé
Fig. 38 : composants d'un éclateur encapsulé moderne
30
PHOENIX CONTACT
Technologie d'éclateurs sans
courant de suite
La limitation des courants de suite
est essentielle pour garantir une
disponibilité de l'installation la plus
haute possible :
• Les protections contre les
surintensités en amont ne se
déclenchent pas
• L'installation n'est pas soumise à
des flux de courant élevés
• La durée de vie des éclateurs est
augmentée
Phoenix Contact est parvenu
pour la première fois, grâce à la
technologie Safe Energy Control
(voir 6.1.10), à développer et
à commercialiser un éclateur
complet sans courant de suite.
Électrodes haute performance
en tungstène cuivre
Pièces isolantes refroidissant
l'arc électrique
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.1.3 Type 2 : parafoudre
Les parafoudres de type 2 sont généralement utilisés dans les distributions
secondaires ou les armoires électriques
de machines. Ces SPD doivent dévier les
surtensions induites à la suite de coups
de foudre indirects ou de manœuvres,
mais pas de coups de foudre directs.
L'apport énergétique est ainsi considérablement réduit. Toutefois, les surtensions
induites par des manœuvres sont souvent très dynamiques. Une technologie
de parafoudre avec un délai de réponse
rapide telle que la technologie de varistance peut ici faire ses preuves.
Technologie de varistances
Les varistances (variable resistor et
metal oxide varistor, MOV) (Fig. 39)
sont des éléments de construction
semi-conducteurs en céramique d'oxyde
métallique. Elles démontrent une courbe
courant-tension non linéaire (Fig. 40).
Dans les niveaux de tension inférieurs,
l'impédance d'une varistance est très élevée ; dans les niveaux de tension supérieurs en revanche, l'impédance chute
rapidement afin que puisse être transmis
de très hauts courants de manière fluide.
C'est pourquoi la caractéristique des
varistances est définie comme limitation
de tension. Avec un temps de réponse
typique de l'ordre de quelques nanosecondes, les varistances sont également
parfaitement adaptées pour limiter les
phénomènes de surtensions particulièrement dynamiques.
Varistances résistantes aux courants de foudre
Les varistances en céramique haute
performance peuvent même présenter
un pouvoir de décharge d'impulsion
jusqu'à 12,5 kA (10/350 μs), afin qu'elles
puissent également s'adapter, comme
les SPD de type 1, aux environnements
dont le niveau de risque est faible.
Pour un pouvoir de décharge d'impulsion plus important, de 25 à 50 kA
(10/350 μs), il est généralement néces-
saire d'utiliser plusieurs varistances avec
le circuit en parallèle. Les fabricants de
protection antisurtension ne disposant
d'aucune technologie d'éclateurs utilisent
souvent des varistances sous la forme de
SPD de type 1 pour la classe de protection parafoudre I. Ce concept présente
cependant de grandes imperfections. Si
la caractéristique des varistances montées en parallèle n'est pas cohérente,
une exigence difficile à atteindre, les
chemins individuels sont alors sollicités
à différents degrés durant le processus
de décharge. Par conséquent, leur usure
peut également fortement varier. Avec le
temps, la charge non uniforme gagne en
importance. Cela entraîne en fin de
V
Fig. 39 : représentation du circuit équivalent
d'une varistance
compte la surcharge d'une varistance.
2000
1000
800
600
400
200
100
10 ­5
10 ­4
10 ­3
10 ­2
10 ­1
10 ­0
101
102
103
10 4
A 105
i
Fig. 40 : courbe courant-tension d'une varistance avec une tension de référence de 320 V AC
2000 V
20 kA (8/20 µs)
1500 V
15 kA
1000 V
10 kA
500 V
5 kA
0V
0 kA
0 µs
10 µs
20 µs
30 µs
Fig. 41 : tension résiduelle d'une varistance avec une tension de référence de 350 V AC lors de charges
avec 25 kA (8/20 μs)
PHOENIX CONTACT
31
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.1.5 Coordination de divers
types de SPD
Les parafoudres de type 3 sont généralement utilisés directement en amont
des équipements terminaux à protéger.
En raison de conditions d'installations
variées, les SPD de type 3 sont disponibles dans divers formats. Par exemple :
outre le montage courant sur profilés
bas, il existe des appareils pour l'installation dans des prises de courant ou pour
un montage direct sur le circuit imprimé
d'un équipement terminal.
D'un point de vue technologique, les
SPD de type 3 sont grandement semblables aux SPD de type 2 à base de
varistances. Cependant, les exigences en
termes de pouvoir de décharge nominale
sont encore moins importantes en comparaison au type 2.
Il peut bien souvent s'avérer utile de
combiner la protection de l'alimentation
avec la protection des autres interfaces
des équipements terminaux tels que
les câbles de données ou de communication. Il existe pour cela des appareils
combinés : ils assurent la protection
antisurtension de tous les câbles (d'alimentation) correspondants.
Le concept de zones de protection
contre la foudre prévoit, pour tous les
conducteurs traversant la limite des
zones définies, des parafoudres coordonnés. Leurs valeurs de performance
reposent sur la classe de protection à
atteindre.
Selon chaque transition, divers types
sont nécessaires (voir tableau 2). Les
exigences concernant les types individuels de SPD sont définies dans la
norme produit pour les parafoudres
CEI 61643-11 [6].
Il est possible d'en déduire un
concept de protection multiniveaux
(Fig. 42) :
Si l'on commence par les zones de
protection internes, un SPD de type 3
ainsi qu'un SPD de type 2 en amont
doivent être coordonnés ensemble. Il
convient de s'assurer que le SPD de
type 3 ne sera pas surchargé de manière
énergétique. Le domaine du concept de
zones de protection ne subissant que
des surtensions de faibles amplitudes, la
réponse sélective est déjà garantie par
la tension Uc du SPD de type 3, équiva-
HV
lente ou supérieure à la tension Uc du
SPD de type 2.
Au niveau des zones de protection externes, la coordination entre le
SPD de type 2 et le SPD de type 1 en
amont doit être à nouveau garantie.
Étant donné que les courants de foudre
directs dans ce contexte ne frappent que
les SPD de type 1, la réponse sélective
réciproque de ces derniers est particulièrement importante. Cela peut entraîner dans le cas contraire une surcharge
du SPD de type 2.
Comme les technologies employées
pour les SPD de type 1 sont très
variées, aucune condition de coordination générale ne peut être donnée. Les
SPD de type 1 basés sur les éclateurs
présentent dans ce domaine un intérêt
manifeste. Leur tension résiduelle relativement faible, de quelques centaines de
volts, durant presque toute la durée du
courant de foudre garantit une prise en
charge complète et rapide du flux d'électricité.
SPD
6.1.4 Type 3 : protection
d'appareils
UV1
SPD
SPD
SPD
SPD
UV3
SPD
UV2
SPD
Type 1
Type 2
Types 2/3
Fig. 42 : concept de protection multiniveaux avec divers types de SPD consécutifs
32
PHOENIX CONTACT
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.1.6 Systèmes réseau selon la
norme CEI 60364
La version du concept de protection
antisurtension pour les systèmes triphasés dépend entre autres du système
réseau en amont. Ces systèmes peuvent,
à l'aide de la mise à la terre du transformateur d'alimentation, de l'installation de
consommateurs et de ses connexions,
être différenciés les uns par rapport aux
autres.
La directive CEI 60364-1 [10] pour la
conception de systèmes d'alimentation
en basse tension énumère les configurations système suivantes :
Système TN-S
Dans ce système réseau, le point du
transformateur d'alimentation, que l'on
appelle point neutre, est directement
relié à la terre. Les conducteurs de
neutre (N) et de protection (PE) sont
guidés de manière distincte jusqu'à
l'installation du consommateur. Une
alimentation triphasée comprend ainsi
cinq conducteurs : L1, L2, L3, N et PE.
(Fig. 43).
Système TN-C
Dans ce système réseau, le point
neutre du transformateur d'alimentation est directement relié à la terre. Les
conducteurs de neutre et de protection
forment un conducteur unique (PEN)
jusqu'à l'installation du consommateur.
Une alimentation triphasée comprend
ainsi quatre conducteurs : L1, L2, L3 et
PEN. (Fig. 44).
Système TT
Dans ce système réseau, le point mis à
la terre du transformateur est introduit
dans l'installation en tant que conducteur neutre uniquement. Les corps de
l'installation électrique sont reliés par
un système de mise à la terre local, qui
est séparé du point mis à la terre du
transformateur. Le conducteur neutre
et le conducteur local de protection
sont guidés de manière distincte. Une
alimentation triphasée comprend ainsi
cinq conducteurs : L1, L2, L3, N et un
PE local. (Fig. 45).
L1
L2
L3
N
PE
Système IT
Dans ce système réseau, le point neutre
du transformateur d'alimentation n'est
pas mis à la terre ou seulement en cas
d'une impédance de forte valeur. Les
corps de l'installation électrique sont
reliés par un système de mise à la terre
local, qui est séparé du point mis à la
terre du transformateur. Dans le cas où
le conducteur neutre est délivré depuis
le point neutre du transformateur d'alimentation, il sera distribué de manière
séparée à partir du conducteur de protection local. Une alimentation triphasée
comprend ainsi quatre ou cinq conducteurs : L1, L2, L3, un PE local et le cas
échéant N. (Fig. 46).
Une particularité du système IT réside
dans la possibilité de survenue temporaire d'un défaut d'isolement à la terre.
Le défaut à la terre d'une phase doit uniquement être identifié grâce au contrôleur permanent d'isolement et signalé
afin d'être rapidement corrigé. Seul un
deuxième défaut à la terre entraîne un
court-circuit entre deux phases et le
déclenchement de la protection contre
les surintensités correspondante. Les
parafoudres à installer dans les systèmes IT doivent par conséquent être
en mesure de maintenir la tension par
phase du système ainsi que la tolérance.
Cette caractéristique est garantie par le
biais d'exigences normatives que seuls
les SPD situés entre les phases et le PE
dans les systèmes IT et dont la tension
permanente maximale est au moins proportionnelle à la tension par phase plus
tolérance, peuvent être mis en œuvre.
Fig. 43 : système TN-S
L1
L2
L3
PEN
Fig. 44 : système TN-C
L1
L2
L3
N
PE
Fig. 45 : système TT
L1
L2
L3
PE
Fig. 46 : système TT
PHOENIX CONTACT
33
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Système Delta
Ces systèmes n'ont aucun équivalent
selon la norme CEI. La mise à la terre s'effectue soit par le biais de l'une des phases
(corner-grounded), soit par le biais d'une
prise médiane entre deux phases (highleg). Le GND est guidé jusqu'à l'installation du consommateur par chaque point
de mise à la terre. Il existe également des
L1
6.1.8 Schémas de raccordement
Les parasurtenseurs font partie de l'équipotentialité d'une installation de construction. Ils connectent en cas de surtensions
les conducteurs actifs des installations
électriques avec la terre.
Selon le système réseau de l'installation du consommateur, divers SPD
peuvent être installés. Ils sont combinés
dans divers schémas de raccordement
(connection type, CT) afin d'établir cette
connexion. La directive d'installation pour
la protection antisurtension CEI 60634-553 [11] énumère notamment les schémas
suivants :
• Le schéma de raccordement CT1 : une
combinaison de SPD qui présente un
chemin de protection entre chaque
34
PHOENIX CONTACT
SPD
SPD
Fig. 50 : schéma de raccordement CT1 et
circuit 4+0
L1
L2
L3
N
PE
Fig. 51 : schéma de raccordement CT2 et
circuit 3+1
conducteur actif (conducteur externe
et conducteur de neutre, si disponible)
et le conducteur PE. Ce schéma de
raccordement est souvent dénommé
circuit x+0, où x désigne le nombre de
conducteurs actifs (Fig. 50).
• Le schéma de raccordement CT2 : une
L1
L1
N
Fig. 47 : système Wye
N
PE
SPD
Ce système biphasé étendu est mis à la
terre par le biais d'une prise médiane
entre les deux phases et guide depuis ce
point un conducteur neutre. Une alimentation biphasée comprend quatre conducteurs : L1, L2, N et GND (Fig. 49).
SPD
Ces systèmes correspondent aux systèmes TN, le point neutre du transformateur d'alimentation est mis à la terre
directement et le conducteur de protection (grounding conductor, GND) est
guidé depuis ce point jusqu'à l'installation
du consommateur. Il existe également
des systèmes Wye isolés, mais ils sont
toutefois plus rares. Un conducteur
neutre est en règle générale intercepté en
premier lieu à l'intérieur de l'installation
du consommateur. Ce système correspond ensuite à un système TN-C-S. Une
alimentation triphasée comprend ainsi
quatre ou cinq conducteurs : L1, L2, L3,
GND et le cas échéant N (Fig.47).
L3
SPD
Système à phase auxiliaire
L2
SPD
Système Wye
L1
SPD
D'autres formes de réseaux sont disponibles spécifiquement pour l'Amérique du
Nord et l'Amérique Centrale. Les principaux réseaux sont les suivants :
• Système Wye
• Système Delta
• Système à phase auxiliaire
fois plus rares.
Le conducteur neutre est, si nécessaire
et dans la plupart des cas, intercepté en
premier lieu dans l'installation du consommateur. Une alimentation triphasée comprend ainsi quatre ou cinq conducteurs :
L1, L2, L3, GND et le cas échéant N
(Fig.48).
SPD
6.1.7 Systèmes réseau américains systèmes Delta isolés, mais ils sont toute-
L2
L2
L2
L3
L3
L3
N
GND
GND
Fig. 48 : système High-leg et corner-grounded
Delta
GND
Fig. 49 : système à phase auxiliaire
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Schéma de raccordement CT2
Phoenix Contact offre en priorité
des SPD dans le schéma de raccordement CT2 pour les systèmes TN
et TT. L'avantage de ce schéma de
raccordement repose sur :
• le potentiel d'utilisation universel dans tous les pays du monde,
• un faible niveau de protection
en tension entre les câbles extérieurs et les câbles neutres et
• l'absence de courant de fuite au
niveau du conducteur de protection en installant des éclateurs
entre le conducteur neutre et le
conducteur de protection.
Système de réseaux sur le
lieu d'exploitation du SPD
6.1.9 Raccordement et
protection contre les
surintensités des SPD
Lors de la survenue de surtensions
transitoires, les conducteurs électriques
peuvent subir une chute de tension inductive. Dans le cas particulier du raccordement de la protection antisurtension
s'effectuant en parallèle de l'équipement
à protéger, cette chute de tension supplémentaire peut atténuer l'effet de
protection au niveau des câbles de raccordement. Ces derniers doivent être aussi
courts que possible et disposés avec le
plus grand rayon de courbure possible.
Le raccordement des SPD peut s'effectuer principalement de deux manières :
• Câblage en dérivation (stub wiring),
voir Fig. 52
• Câblage en V (V-shaped wiring),
voir Fig. 53
Dans les deux cas, la somme des longueurs des câbles a, b et c ne doit pas
dépasser 0,5 m. Dans le cas d'un câblage
en V, ce paramètre peut être facilement
respecté car seule la longueur c est pertinente afin que le niveau de protection en
tension global, correspondant au niveau
de protection en tension du SPD et à la
chute de tension des câbles de raccordement, puisse être réduit au maximum.
Dans le cas d'un câblage en dérivation,
le SPD peut et doit être protégé, selon
la valeur nominale de la protection
contre les surintensités en amont F1,
avec une seconde protection contre les
surintensités F2 dont la valeur nominale
est plus faible. Ce câblage permet
principalement une utilisation dans les
installations dont l'intensité nominale est
élevée, dans la mesure où le courant de
court-circuit sur le lieu d'exploitation du
SPD ne dépasse pas la résistance de ce
dernier aux courts-circuits.
Le câblage en V en revanche peut
être utilisé uniquement jusqu'à la valeur
nominale de la protection contre les
surintensités en amont F1 et la valeur
a
b
SPD
combinaison de SPD qui présente un
chemin de protection entre chaque
conducteur externe et conducteur
neutre ainsi qu'un chemin de
protection entre le conducteur neutre
et le conducteur PE. Ce schéma de
raccordement est souvent dénommé
circuit x+1, où x désigne le nombre de
conducteurs externes (Fig. 51).
L'application possible des schémas de
raccordement dans les différents systèmes
réseau est présentée dans le tableau 4.
c
Fig. 52 : câblage en dérivation
Schéma de raccordement
CT1
CT2
Système TN
Uniquement en aval d'un
équipement de protection
contre le courant
SPD
Système TT
c
Système IT avec conducteur
neutre
Système IT sans conducteur
neutre
Tableau 4 : schémas de raccordement et systèmes réseau
NA
Fig. 53 : câblage en V
PHOENIX CONTACT
35
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
nominale de l'installation, qui ne doit
pas dépasser le courant de charge permanente des câbles et des boîtiers de
raccordement du SPD.
Des exigences légales et normatives
sont à respecter pour le raccordement
et la protection contre les surintensités
des parafoudres, ces derniers faisant partie intégrante de l'installation électrique.
Elles ont pour objectif premier de garantir la sécurité de fonctionnement de
l'installation. Il faut également respecter
certaines conditions relatives au raccordement et à la protection pour garantir
le bon fonctionnement de la protection
antisurtension.
Les exigences résultent de diverses
parties de la norme CEI 60364 pour
la conception d'installations à basse
tension : partie 5, chapitre 53, partie
principale 534 [11] pour la sélection et
la conception de parafoudres ; partie 4,
chapitre 43 [12] relative aux mesures de
protection contre les surintensités, ainsi
que de la norme produit pour les parafoudres CEI 61643-11 [6].
Sections raccordables
Si l'on rassemble toutes ces exigences,
on obtient les conditions suivantes pour
le dimensionnement des câbles de raccordement des SPD (par rapport aux
câbles en cuivre isolés en PVC) :
• La section minimale pour les câbles
de raccordement des SPD résulte
en premier lieu des exigences pour
l'installation des parafoudres selon le
raccordement des conducteurs actifs
ou de la barre de mise à la terre principale/du conducteur de protection
(PE(N)) ainsi que selon le type de
SPD :
– Section de raccordement des conducteurs actifs pour les SPD de type 1 :
min. 6 mm2
– Section de raccordement des conducteurs actifs pour les SPD de type 2 :
min. 2,5 mm2
– Section de raccordement de la barre
principale de mise à la terre et du
conducteur de protection pour les
36
PHOENIX CONTACT
SPD de type 1 : min. 16 mm2
– Section de raccordement de la barre
principale de mise à la terre et du
conducteur de protection pour les
SPD de type 2 : min. 6 mm2
• À partir d'une certaine valeur nominale de la protection contre les surintensités en amont, une section minimale est définie dans les exigences
relatives à la résistance aux courts-circuits des câbles de raccordement
• Si les câbles de raccordement des
SPD génèrent du courant de service
et qu'une certaine valeur d'intensité est atteinte, la charge à courant
continu des câbles peut imposer une
section minimale
Protection contre les surintensités
Pour la mise en œuvre de la protection
contre les surintensités des SPD, il est
nécessaire de procéder par ordre de
priorité :
• Priorité de l'alimentation de l'installation : câblage en dérivation avec dispositif séparé de protection contre les
surintensités F2 en dérivation
• Priorité de la protection antisurtension de l'installation : câblage en V ou
en dérivation sans dispositif séparé de
protection contre les surintensités F2
Dans le premier cas, le dispositif séparé
F2 de protection contre les surintensités
garantit, lors d'une panne d'un SPD (p.
ex. en cas de court-circuit), que le dispositif F1 de protection contre les surintensités en amont n'est pas déclenché
et que l'alimentation du composant à
protéger n'est pas coupée. Cependant, le
composant n'est plus protégé contre les
futurs événements de surtensions.
Dans le second cas, la protection
contre les surintensités en amont F1
reprend la fonction de protection lors
d'une panne du SPD. Le défaut d'alimentation est pris en charge afin qu'aucun
dommage, dans tous les cas, ne puisse
survenir à la suite de surtensions.
Pour le dimensionnement de la protection contre les surintensités, plusieurs
points sont à observer :
• Sélectivité de chaque protection
contre les surintensités vers les protections contre les surintensités en
amont.
• La dernière protection contre les
surintensités en amont du SPD ne
doit pas dépasser la valeur maximale
de la protection contre les surintensités en amont spécifiée par le fabricant
pour le SPD.
• La protection contre les surintensités
en amont doit être en mesure de
supporter les amplitudes de courants
de choc et de foudre requises selon
la classe de protection parafoudre.
En particulier pour les courants de
foudre à haute valeur énergétique,
les fusibles trop petits peuvent représenter un danger, car ils peuvent être
détruits durant un apport énergétique
qui atteint un niveau considérable
dans un très court laps de temps.
Le maintien de la sélectivité est alors
une priorité absolue. Dans le simple cas
où les deux protections contre les surintensités à examiner sont des fusibles
gG, il est nécessaire que F2 x 1,6 ≤ F
jusqu'à une valeur nominale de
.
Si l'une ou les deux protections contre
les surintensités sont des disjoncteurs,
il est nécessaire de comparer leurs
caractéristiques de déclenchement avec
la caractéristique de sécurité, et, le cas
échéant, les coordonner afin que les
courbes ne se croisent pas (Fig.54 et
55). Elles doivent, en cas de courants de
court-circuit, disposer d'un écart temporel suffisant, afin que les deux dispositifs
de protection contre les surintensités en
aval aient le temps de réagir et d'assurer
la mise hors tension.
Cela vaut aussi dans le cas où un
disjoncteur est en mesure de représenter en tant que F1 la protection contre
les surintensités pour le SPD sans protection séparée contre les surintensités
F2. La caractéristique de mise hors
tension du circuit doit ensuite être comparée avec la caractéristique maximale
de la protection contre les surintensités
spécifiée par le fabricant pour le SPD et
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Temps
de
déclenchement
Temps
de
déclenchement
1h
10 min
10 min
1 min
1 min
10 s
10 s
1s
1s
100 ms
100 ms
10 ms
10 ms
1 ms
1 ms
1k
10 k
Courant (A)
100 k
Fig. 54 : caractéristiques de mise hors tension d'un disjoncteur (F1) et d'un
fusible gG sélectif (F2)
ne doit pas dépasser cette dernière dans
le domaine des courants de courtcircuit.
1 ms
100
10 k
Courant (A)
100 k
Fig. 55 : caractéristique de mise hors tension d'un disjoncteur (F1), adapté
en tant que protection contre les surintensités en amont pour un SPD avec
un fusible en amont maximal de 315 A gG
SPD avec protection intégrée
contre les surintensités
Les parafoudres intégrant déjà
les fusibles adaptés, tels que le
FLASHTRAB SEC HYBRID, représentent
une solution particulièrement simple
pour la protection contre les surintensités des SPD.
6.1.10 Technologie Safe Energy
Control (SEC)
Phoenix Contact offre une gamme de
SPD parfaitement adaptés les uns aux
FLASHTRAB SEC HYBRID
Fig. 56 : FLT-SEC-H-T1-1C-264/25-FM
1k
Grâce au fusible intégré, aucun
élément de protection externe
n'est requis et l'encombrement
et les coûts s'en trouvent réduits.
L'effet de protection est accru,
car la différence de tension
apparaissant au niveau du fusible
est déjà prise en compte dans le
niveau de protection en tension
du SPD. Pour les SPD, les courtes
lignes de raccordement requises
sont facilement réalisables (Fig. 56).
autres permettant de réaliser en toute
aisance des concepts de protection multiniveaux : les parafoudres dotés de la
technologie Sage Energy Control (SEC)
allient des performances maximales et
une grande longévité afin de garantir une
protection en toute sécurité des équipements électriques ainsi qu'une réduction
des coûts de maintenance. L'installation
des SPD dotés de la technologie SEC
est simple, économique et peu encombrante. On retrouve les différents types
de SPD dans les gammes de produit
selon le tableau 5.
Type SPD
Gamme de
produits
Type 1
FLASHTRAB SEC
Type 2
VALVETRAB SEC
Type 3
PLUGTRAB SEC
Tableau 5 : gammes de produits dotés de la
technologie Safe Energy Control
PHOENIX CONTACT
37
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Sans rétroaction et avec grande
durée de vie
Compacts et entièrement
enfichables
Un concept de protection contre les
surtensions continu requiert un parafoudre puissant de type 1. Les éclateurs
courants de type 1 contraignent l'installation avec des courants de suite de
réseau élevés qui peuvent également
entraîner un déclenchement de la
protection contre les surintensités en
amont. Les parafoudres de la technologie
SEC sont les premiers avec la technologie d'éclateurs sans courant de suite
réseau. La limitation des courants de
suite réseau protège l'installation dans
son intégralité. Cela signifie que l'équipement protégé ainsi que l'alimentation
complète, y compris le SPD, ne sont que
très peu sollicités durant le processus
de décharge. Le non-déclenchement des
organes de sécurité en amont garantit
une disponibilité maximale de l'installation.
Avec le FLASHTRAB SEC PLUS 440,
la gamme SEC inclus les éclateurs de
type 1 les plus compacts de cette tension nominale, avec le VALVETRAB SEC
le SPD de type 2 le plus étroit et avec le
FLASHTRAB SEC T1+T2 la seule combinaison directement coordonnée d'éclateurs de type 1 et de parafoudre de
varistance de type 2 dans l'espace le plus
réduit. Tous les produits de la gamme
SEC sont enfichables : une simplification
significative des travaux de maintenance.
Les parafoudres et protection antisurtension dotés de la technologie Safe
Energy Control offrent une solution
pour toutes les applications courantes
sans avoir à utiliser un fusible en amont
du parafoudre séparé. Pour les applications dans lesquelles la protection de
l'installation est la priorité maximale, il
est possible de mettre en œuvre aussi
bien des SPD de type 1 et de type 2
pour des valeurs de fusible principal
de 315 Ag G sans protection séparée
contre la surintensité. Pour les applications allant au-delà, des produits
avec fusible résistant aux courants de
choc intégré sont proposés, tels que
FLASHTRAB-SEC-HYBRID. Les SPD de
type 3 de la gamme PLUGTRAB SEC
peuvent être exploités avec un câblage
en dérivation sans aucun fusible en
amont, également grâce à des fusibles
intégrés résistant aux courants de choc.
Avec les SPD de la gamme de produits
SEC, il est très facile de concevoir des
concepts de protection multiniveaux
pour les installations courantes. Les
paramètres, tels que la tension permanente maximale, le niveau de protection
en tension et le courant de décharge,
sont parfaitement ajustés.
11
La transition des zones de protection
0A 1 est réalisée par le biais d'un
SPD de type 1 de la gamme de produits
FLASHTRAB SEC au niveau de l'entrée
des conducteurs d'alimentation dans
le bâtiment et près de l'alimentation
principale à basse tension. Pour chaque
système réseau, schéma de raccordement à sélectionner et niveau de tension
de l'alimentation, il existe divers types
et variantes de circuit pour les SPD. S'il
s'agit par exemple d'un système TN-C
triphasé de 230/400 V AC, il est proposé
d'utiliser le FLT-SEC-P-T1-3C-350/25-FM
(Fig. 58).
La combinaison d'équipement de
protection FLASHTRAB SEC T1+T2
(Fig. 59) est également une solution.
Cette combinaison directement coordonnée, avec un SPD de type 1 basé sur
des éclateurs et un SPD de type 2 basé
sur des varistances, offre de nombreux
avantages lors de son installation directe
12
PLUGTRAB
T3
VALVETRAB VALVETRAB VALVETRAB VALVETRAB
N/PE
T2
T2
T2
T3
T2
VAL-SEC-T2
N/PE-350-P
PLT-SEC
T3-230-P
FLASHTRAB
T1
FLT-SEC-P
T1-350/25-P
FLASHTRAB
T1
FLT-SEC-P
T1-350/25-P
VAL-SEC
T2-350-P
VAL-SEC
T2-350-P
VAL-SEC
T2-350-P
FLASHTRAB
T1
FLT-SEC-P
T1-350/25-P
PEN
PEN
Solution sans fusible en amont pour
chaque application
6.1.11 Concepts de protection
multiniveaux
Installation de production
industrielle avec système de
protection parafoudre externe
T1
Fig. 57 : concept de protection multiniveaux en prenant pour exemple une installation de production
industrielle
38
PHOENIX CONTACT
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
dans la distribution principale.
Dans les autres distributions secondaires destinées à la salle des machines
et à l'espace bureaux de l'installation de
production, la transition des zones de
protection 1 2 est exécutée par le
biais d'un SPD de type 2 de la gamme de
produits VALVETRAB SEC.
Une alimentation sous forme de système TN-C, comme dans cet exemple,
est généralement déjà convertie en un
système TN-S dans la distribution principale afin que le reste de l'installation
puisse être réalisé avec des conducteurs
de neutre et de protection posés séparément. Le VAL-SEC-T2-3S-350-FM est
tout indiqué en tant que SPD de type 2
(Fig. 60). Dans les armoires électriques
des machines ainsi que dans les bureaux,
la transition des zones de protection 2 3 est réalisée directement en amont
des équipements terminaux sensibles par
le biais d'un SPD de type 3 de la gamme
de produit PLUGTRAB SEC. Pour un
équipement terminal dont la tension
nominale s'élève à 230 V, le PLT-SEC-T3230-FM s'adapte parfaitement (Fig. 61).
FLASHTRAB SEC
Les SPD de type 1 de la gamme de
produits FLASHTRAB SEC utilisent
tous la technologie d'éclateurs sans
courant de suite. Ils garantissent
ainsi une disponibilité maximale de
l'installation, car les dispositifs de
protection contre les surintensités ne
sont pas déclenchés lors du processus
de décharge.
Fig. 58 : FLT-SEC-P-T1-3C-350/25-FM
FLASHTRAB SEC T1+T2
La combinaison d'équipements de
protection FLASHTRAB SEC T1+T2,
unique sur le marché, protège de
manière optimale les équipements
sensibles grâce à :
• des éclateurs performants pour la
dérivation des courants de foudre
directs,
• des parafoudres à varistance pour
limiter les surtensions dynamiques et
• une répartition énergétique idéale entre
les différents niveaux de protection.
Fig. 59 : FLT-SEC-T1+T2-3C-350/25-FM
VALVETRAB SEC
Outre par son design compact
de seulement 12 mm par pôle, le
VALVETRAB SEC T2 séduit par son
dispositif de déconnexion thermique,
interne et performant. Ainsi, le SPD
peut être utilisé sans fusible en amont
supplémentaire jusqu'à 315 A gG. Il
est également possible de l'exploiter
lors de courants de court-circuit
prospectifs sur le lieu d'installation
jusqu'à 50 kA.
Fig. 60 : VAL-SEC-T2-3S-350-FM
PLUGTRAB SEC
Le PLUGTRAB SEC T3 dispose
de fusibles intégrés résistants aux
valeurs de crête. Il peut ainsi protéger
les équipements terminaux aussi
bien en courant alternatif qu'en
courant continu. La protection
contre les surintensités intégrée
permet un raccordement par
câblage en dérivation sans fusible en
amont séparé et indépendamment
de l'intensité nominale et de la
protection du circuit électrique.
Fig. 61 : PLT-SEC-T3-230-FM
PHOENIX CONTACT
39
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.2 Protection des systèmes à courant continu avec des sources de tension linéaires
Le fonctionnement des diverses installations en courant continu disposant de
caractéristiques linéaires à la source peut
considérablement varier. Un simple choix
des parafoudres sans aucune connaissance
précise de chaque installation n'est d'ailleurs pas concevable. Cette règle vaut particulièrement pour les installations avec des
courants de court-circuit limités ou faibles.
Les systèmes d'alimentation en tension
continue disposant de caractéristiques
linéaires à la source sont principalement
utilisés pour :
• les installations de consommateurs avec
une faible tension d'alimentation en
courant continu, p. ex. les automates
programmables ou les installations de
télécommunication,
• les installations de consommateurs
mobiles, p. ex. un chariot élévateur ou
un système de courant à bord,
• les accumulateurs des installations ASI,
• les datacenters et
• les véhicules ferroviaires.
Les sources de courant typiques des
installations d'alimentation en tension
continue avec caractéristiques linéaires à
la source sont :
• les redresseurs commandés et non
commandés, avec ou sans lissage,
• les blocs d'alimentation contrôlés,
• les bancs de charge et
• les batteries.
Sélection des parasurtenseurs
Le choix des SPD pour les installations à
tension continue est généralement bien
plus complexe que pour les installations
d'alimentation en tension alternative.
Pour les installations à tension alternative, il existe le plus souvent une seule
source de courant ; pour les installations
à tension continue en revanche, il existe
souvent plusieurs sources de courant
avec divers comportements de fonctionnement. C'est notamment le cas pour les
installations en tension continue alimentées par une batterie.
Pour la plupart des installations à tension alternative, le courant de court-circuit minimal est suffisamment élevé pour
déclencher les installations de protection
contre les surintensités en amont en
quelques millisecondes. Pour les installations en tension continue avec des courants de court-circuit limités ou faibles, il
est toutefois très important de connaître
également le courant de court-circuit
minimal présumé du lieu d'installation du
SPD, afin de répondre pleinement aux exi-
gences de sécurité principales.
Les critères essentiels pour la sélection
des SPD et des installations de protection
contre les surintensités correspondantes
dédiés aux installations en tension continue sont les suivants :
• tension nominale de la source de
courant en tension continue (n),
• nombre, type et fonctionnement des
sources de courant en tension continue
(n) et
• courant de court-circuit minimal et
maximal prospectif du lieu d'installation
du SPD
Disjoncteurs pour les systèmes en
tension continue mis à la terre et
non mis à la terre
Les circuits utilisés de préférence pour les
SPD dans les systèmes à tension continue
reposent sur le schéma de raccordement
CT1 (voir Fig. 50) et sont soit unipolaires
ou bipolaires.
Un circuit 2+0 est également requis
pour les systèmes TN mis à la terre,
lorsque le lieu d'installation du SPD se
situe à une plus grande distance du point
de mise à la terre du système (Fig. 64).
F1
F1
L+
F1
F1
L+
L+
L-
LF2
F2
F2
SPD
SPD
SPD
SPD
F2
SPD
F2
LPE
Fig. 62 : circuit 1+0 pour les systèmes TN mis à
la terre au point de mise à la terre
40
PHOENIX CONTACT
PE
Fig. 63 : circuit 2+0 pour les systèmes IT
PE
Fig. 64 : circuit 2+0 pour les systèmes TN mis à
la terre à une grande distance du point de mise
à la terre
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.3 Protection des installations photovoltaïques
Le nombre croissant et la diversité des
variantes des installations photovoltaïques posent un nouveau défi en
matière de sécurité et de fiabilité. Ces
paramètres valent pour toutes les installations photovoltaïques : sur toitures des
maisons individuelles, systèmes isolés et
installations au sol.
En raison de leur situation exposée, la
plupart des installations photovoltaïques
sont soumises à des conditions climatiques particulièrement difficiles, telles
que les coups de foudre. Afin de garantir
à long terme un fonctionnement sûr et
rentable des installations, il est recommandé d'installer une protection contre
la foudre et antisurtension. Grâce à des
normes et directives d'installation spécifiques, il est possible de concevoir et de
mettre en place les installations photovoltaïques de manière optimale.
de la particularité et des caractéristiques de la tension DC. En outre, des
contrôles spécifiques sont appliqués afin
de pouvoir reproduire le comportement typique de l'installation photovoltaïque, car les modules d'un générateur
photovoltaïque livrent dans toutes les
conditions d'exploitation un courant
électrique presque constant qui se situe
près du courant de court-circuit de l'installation.
Directive d'installation
CLC/TS 50539-12
Outre la norme produit, il existe également la directive d'installation CLC/
TS 50539-12 [13]. Cette dernière fournit
d'importantes informations pour l'installation de systèmes photovoltaïques sur
le terrain. La directive différencie ainsi
les installations au sol des installations
de construction (installations sur toiture).
La directive d'installation différencie
également les composants de commutation de tension et les composants de
limitation de tension. La combinaison
de ces deux types de composants,
qu'elle soit en série ou en parallèle, est
également prise en considération. Le
tableau 6 fournit les valeurs exigées pour
le pouvoir de décharge des SPD à limitation de tension et combinés qui sont
raccordés en série dans les ouvrages.
Les composants à limitation de
tension et les SPD combinés, p. ex.
les varistances et les éclateurs à gaz,
peuvent être raccordés dans un circuit
en série (Fig. 65).
CEI 61643-31 : exigences et essais
pour les parafoudres dans les
installations photovoltaïques
Grâce à la norme produit CEI 6164331 [8], il est possible de qualifier les
parafoudres selon leurs caractéristiques
de fonctionnement et garantir ainsi la
qualité et la sécurité de ces produits.
La norme décrit la procédure d'essais
pour les SPD prévus pour les installations photovoltaïques et tient compte
MOV
MOV + GDT en série
Fig. : exemples pour les composants à limitation de tension et les SPD combinés dans un circuit en
série
Nombre d'équipements de protection externes
Courant
LPL
2
maximal
(10/350)
≥4
par circuit de protection
Itotal
par circuit de protection
Itotal
I8/20
I10/350
I8/20
I10/350
I8/20
I10/350
I8/20
I10/350
I ou inconnu
200 kA
17 kA
10 kA
34 kA
20 kA
10 kA
5 kA
20 kA
10 kA
II
150 kA
12,5 kA
7,5 kA
25 kA
15 kA
7,5 kA
3,75 kA
15 kA
7,5 kA
III ou IV
100 kA
8,5 kA
5 kA
17 kA
10 kA
5 kA
2,5 kA
10 kA
5 kA
Tableau 6 : valeurs pour I10/350 et I8/20 pour des SPD à limitation de tension et combinés
(composants à commutation et à limitation de tension en série)
PHOENIX CONTACT
41
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Nombre d'équipements de protection externes
Courant
ZPF
2
maximal
(10/350)
≥24
par circuit de
protection
I10/350
Itotal
par circuit de
protection
I10/350
Itotal
I ou inconnu
200 kA
25 kA
50 kA
12,5 kA
25 kA
II
150 kA
18,5 kA
37,5 kA
9 kA
18 kA
III ou IV
100 kA
12,5 kA
25 kA
6,25 kA
12,5 kA
Tableau 7 : valeurs pour I10/350 et I8/20 pour des SPD à commutation de tension et combinés
(composants à commutation et à limitation de tension en parallèle)
Si les SPD ou composants à commutation de tension sont installés en parallèle
aux composants à limitation de tension,
il en résulte une répartition du courant
de choc très variée. C'est pourquoi il est
nécessaire d'utiliser d'autres valeurs (voir
tableau 7).
Les composants à limitation de
tension et les SPD combinés, p. ex.
les varistances et les éclateurs à gaz,
peuvent être raccordés dans un circuit
en parallèle (Fig. 66).
+/­
+/­
MOV parallèles
Fig. 66 : exemples pour les composants à limitation de tension et SPD combinés dans un circuit en
parallèle
Avantages du circuit en Y
Phoenix Contact offre tous les
parafoudres pour les applications
photovoltaïques sur la base de
composants limitant la tension
d'alimentation en série. Le circuit
se compose de trois varistances et
forme un Y. En cas de défaillance,
telle que le court-circuit d'une
varistance, une seconde varistance
montée en série permet de garantir la
coupure du flux d'électricité en toute
PE
Fig. 67 : circuit en Y avec trois varistances
42
PHOENIX CONTACT
MOV et GDT parallèles
sécurité. Outre un temps de réaction
plus rapide face aux surtensions,
les composants limitant la tension
offrent l'avantage de présenter
un faible niveau de protection en
tension par rapport aux composants
commutateurs de tension.
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Sélection des équipements de
protection
Afin de déterminer le parfoudre adéquat,
les informations suivantes doivent être
précisées :
• la classe de protection parafoudre à
appliquer et
• le nombre d'équipements de protection externe dans le bâtiment.
La plupart des installations photovoltaïques sont exécutées en tenant de
compte des classes de protection foudre
III et IV. Si l'analyse des risques des installations photovoltaïques à prendre en
compte révèle une classe de protection
foudre supérieurs, les parafoudres sélectionnés devrons présenter un pouvoir
de décharge plus important. Comme
l'expérience le prouve, la plupart des
nouveaux bâtiments ou des bâtiments
déjà existants dépassant les 10 mètres
de longueur sont équipés d'au moins
quatre paratonnerres. Les tableaux 6 et
7 indiquent les valeurs correspondantes
pour les exigences minimales relatives
aux parafoudres.
Pour les installations au sol, il faut
se référer au tableau 8 et respecter les
classes de protection foudre III et IV.
Ces tableaux établissent une distinction
entre les composants à limitation de
tension et ceux à commutation de tension, en série et en parallèle.
En outre, la norme CLC/TS 50539-12
décrit l'installation des SPD selon la
longueur des câbles entre les appareils à
protéger et le point d'équipotentialité.
Selon la disponibilité d'un système
de protection externe contre la foudre,
il faut sélectionner les composants de
protection requis au niveau de la tension
alternative. Si le bâtiment ou l'installation au sol ne dispose d'aucun système
de protection externe contre la foudre,
l'onduleur ou le coffret de raccordement de générateur doit être protégé à
l'aide d'un SPD de type 2. Dès que les
conducteurs situés entre les modules
photovoltaïques et l'onduleur au niveau
de la tension continue excèdent une
longueur de 10 mètres, une surtension
couplée peut conduire, par le biais des
effets d'oscillation, à un dépassement de
la résistance d'isolement du module photovoltaïque et ainsi qu'à la détérioration
de ce dernier. Il est donc recommandé
dans ce cas de placer un deuxième SPD
de type 2 directement au niveau du
module. Si, en revanche, un système de
protection externe contre la foudre est
disponible, il est nécessaire d'installer
un SPD de type 1 ou un coffret de rac-
cordement de générateur au niveau de
l'entrée du bâtiment ainsi qu'un SPD de
type 2 au niveau du courant alternatif et
en amont de l'onduleur. Si les conducteurs entre les modules photovoltaïques
et l'onduleur au niveau de la tension
continue, et entre l'onduleur et le point
d'équipotentialité du côté AC excèdent
une longueur de 10 mètres, un SPD de
type 1 est requis.
SPD, raccordés du côté DC Iimp en kA (10/350), In en kA (8/20)
Courant
ZPF
maximal
SPD à limitation de tension ou combinés
(composants à commutation et à
limitation de tension en série)
SPD à commutation de tension et combinés
(composants à commutation et à
limitation de tension en parallèle)
(10/350)
I8/20
I10/350
III ou IV
150 kA
I10/350
par
chemin de
protection
Itotal
par
chemin de
protection
Itotal
par
chemin de
protection
Itotal
5 kA
10 kA
15 kA
30 kA
10 kA
20 kA
Tableau 8 : valeurs pour I10/350 et I8/20 des SPD conçus pour la protection d'une centrale photovoltaïque au sol avec une mise à la terre multiniveaux et un
système de mise à la terre maillé
PHOENIX CONTACT
43
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Installations intérieures
d'électricité
Dans le monde entier sont installés
divers systèmes photovoltaïques, et
notamment de nombreuses installations
sur toiture (Fig. 68). Pour ce type d'installations, il est souvent question d'une
intégration dans le système électrique du
bâtiment déjà existant. Il faut donc respecter les dispositions suivantes :
• ne pas disposer les câbles de l'installation photovoltaïque de manière
parallèle ou près des paratonnerres
du système de protection contre la
foudre externe ;
• éviter les coups de foudre sur le
conducteur de protection en raison
de la connexion galvanique dans
laquelle les parafoudres et paratonnerres sont installés en amont des
appareils à protéger ;
• maintenir les intervalles de séparation
entre les châssis de modules et le dispositif externe de protection contre
la foudre et connecter les châssis de
modules avec le potentiel de masse
séparé.
Il est important, lors de l'installation,
de ne pas causer de déséquilibre dans
le système existant et de protéger ce
dernier de manière suffisante contre les
influences extérieures. Il s'agit donc ici
de l'ensemble de l'installation, du module
à l'onduleur du côté DC et de l'onduleur jusqu'au raccordement du côté AC.
Afin de permettre la mise en œuvre
d'une protection contre la foudre et les
surtensions, les installations photovoltaïques sont connectées dans la distribution principale à la barre d'équipotentialité. Par conséquent, les coups de foudre
peuvent survenir du côté DC comme du
côté AC lorsque l'ensemble du système
n'est pas protégé. Il est donc essentiel
de prendre en compte l'ensemble de
l'installation et de protéger les appareils
dont la sécurité est compromise. Pour
les unités de données et de communication, une protection complète est tout
aussi importante et doit être prise en
considération lors de la planification,
car, dans ce cas, les faibles surtensions
peuvent se propager et endommager
l'onduleur ou l'unité d'évaluation.
Installations au sol
Les grandes installations au sol (Fig. 69)
sont aujourd'hui principalement synonymes de rendements. Afin de réduire
les coûts de l'installation, il est nécessaire d'augmenter la disponibilité de
l'installation et de minimiser le taux de
défaillance. Pour cela, tous les composants doivent être soigneusement
sélectionnés et installés dans les règles
de l'art.
Ainsi, seuls les dispositifs de protection antisurtension conçus conformément à la norme produit en vigueur
CEI 61643-31 [8] relative aux SPD pour
les installations photovoltaïques peuvent
être installés.
Pour la plupart des installations, un
SPD de type 2, installé directement au
niveau de l'alimentation d'entrée en cou-
Équipements de protection
pour tout type d'installations
Que ce soit pour des installations
sur la toiture de maisons
individuelles, des systèmes isolés ou
des installations au sol, un concept
de protection antisurtension et
contre la foudre doit être établi déjà
pendant la phase de planification afin
de garantir le bon fonctionnement
d'une installation photovoltaïque.
Pour chaque domaine d'application,
Phoenix Contact offre des SPD
haute performance.
Fig. 68 : installation sur toiture d'une maison individuelle
44
PHOENIX CONTACT
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Fig. 69 : installation au sol avec système de protection externe contre la foudre
rant continu de l'onduleur, suffit. Pour
une protection efficace, il est également
nécessaire de protéger, outre le niveau
de la tension alternative et de la tension
continue, les câbles de données et de
communication de l'onduleur.
Nouvelle mise au point des
tensions système jusqu'à
1 500 V DC
Parallèlement à la réduction drastique
du développement solaire, il est nécessaire de minimiser les coûts d'investis-
sement afin de garantir un rendement
acceptable. Il est parfaitement possible
d'atteindre de tels objectifs par le biais
d'une augmentation de tension jusqu'à
1 500 V DC. Cela signifie dans la pratique que les clients profitent de petites
sections lors de l'installation des conducteurs et réalisent par conséquent des
économies lors du câblage en raison
des faibles courants de string afférents.
Au total, les coûts relatifs à l'équilibre
du système (BOS, Balance-of-System)
sont réduits par un nombre restreint
de coffrets de raccordement de générateur et des frais de câblages moins
importants. Les fabricants d'onduleurs
en profitent également. Avec une tension
système de 1 500 V, la performance de
l'onduleur peut augmenter jusqu'à 20 %.
Ces paramètres rendent l'installation
photovoltaïque plus économique et plus
efficace. Toutefois, ce résultat ne peut
être atteint que si tous les composants
sont en mesure de supporter de telles
tensions.
VALVETRAB-MB-...-DC-PV
Afin d'être conforme à cette mise
au point, de nouveaux parafoudres
dans la gamme de produits VAL-MB
ont été développés pour des tensions jusqu'à 1 500 V DC et avec un
pouvoir de décharge général lTotal
(10/350 μs) de 12,5 kA. En outre, la
gamme de produits satisfait à l'ensemble des exigences de la norme
produit et de la directive d'installation
pour les classes de protection foudre
III et IV.
Fig. 70 : VAL-MB-T2 1500DC-PV/2+V-FM
PHOENIX CONTACT
45
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.4 Protection des circuits de transmission de signaux de la technologie
MCR
46
PHOENIX CONTACT
LPZ 1
LPZ 2
C1
LPZ 3
SPD
C2
SPD
D1
SPD
Dans la technique de mesure, de commande et de régulation (technologie
MCR), une transmission de signal continue
joue un rôle central. Le fonctionnement
sans interruption de la technique de gestion de bâtiments, de la production ou de
la technique de processus implique nécessairement une grande disponibilité des
signaux transmis. Ces derniers sont toutefois exposés à un environnement électro-actif croissant. C'est particulièrement
le cas pour les faibles valeurs de mesure
que transmettent les capteurs. S'il s'agit de
valeurs de mesure de petites tensions ou
de faibles courants devant être transmises
de manière sécurisée et traitées et évaluées avec soin, les perturbations hautes
fréquences et électromagnétiques auxquelles elles sont exposées augmentent.
Les causes possibles sont les suivantes :
• un nombre croissant de composants
électriques dans toutes les classes
de performance, en particulier les
moteurs et autres actionneurs alimentés au moyen de convertisseurs de
fréquence ;
• une miniaturisation et une densité d'assemblage des composants croissantes ;
• un nombre croissant de dispositifs sans
fil de communication et de commande
et
• des systèmes numériques fonctionnant
avec des fréquences de transmission
toujours plus hautes.
Une prise en compte insuffisante de ces
perturbations, des erreurs d'ajustement et
d'autres insuffisances de planification compromettent la fluidité de la transmission
de signal.
Les surtensions provenant de courants
de foudre peuvent également nuire à la
fonctionnalité et à la disponibilité des
équipements électroniques de la technique
de mesure, de commande et de régulation. Les dommages dus à une surtension
dans les systèmes de la technologie MCR
peuvent cependant être évités efficace-
Fig. 71 : zones de protection contre la foudre et classification des équipements de protection pour les
installations IT et MCR selon la norme CEI 61643-22 [7]
ment en utilisant des parafoudres conçus
sur mesure.
Selon les risques potentiels et le niveau
de protection exigé, les parafoudres sont
disponibles avec des circuits de protection
combinés ou avec des composants individuels. Ces éléments sont placés juste en
amont des entrées de signaux à protéger.
Les connexions de ces modules de protection antisurtension à mettre en oeuvre
sont adaptées aux types de signaux correspondants.
Répartitions dans la norme
Les exigences et l'affectation des zones de
protection sont décrites de manière détaillée dans les normes CEI 61643-21 [7] et
CEI 61643-22 [16]. Les performances des
blocs de protection pour la technologie
MCR sont décrites dans la norme CEIcatégories D1, C2 et C1. (Fig. 71)
Le tableau 9 présente les concordances
des transitions des zones de protection
contre la foudre et catégories CEI des
équipements de protection MCR par rapport aux équipements de protection et
d'alimentation.
À la différence de l'installation des SPD
pour les systèmes d'alimentation en tension, il n'est pas nécessaire d'installer un
parafoudre à chaque transition pour les
signaux MCR (voir la norme CEI 6164322). Dans la pratique, les câbles de signaux
provenant du terrain ne sont pas séparés
à chaque transition afin de maintenir les
coûts d'installation à un faible niveau.
Plusieurs niveaux de protection sont bien
souvent combinés dans un parafoudre
MCR. Ce bloc de protection peut être
installé en amont des appareils à protéger
(p. ex. l’entrée de commande) de manière
parfaitement adaptée à la pratique.
Transition des
zones
Type de SPD
conforme à la norme
0A
1
1
2
2
3
D1
C2
C3
1
2
3
CEI 61643-21
Type de SPD
conforme à la norme
CEI 61643-11
Tableau 9 : transition de zone de protection
contre la foudre et types de SPD correspondants
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Sélection des parafoudres
Le choix des parafoudres en technique
MCR dépend de plusieurs facteurs. En
premier lieu, le produit requis est défini
selon le type de circuit de signal à protéger.
Les transmissions de signaux traditionnelles sont :
• les signaux binaires ;
• les boucles analogiques ;
• les mesures de température (mesure à
deux, trois et quatre conducteurs) et
• les signaux binaires multipolaires.
D'autres facteurs de sélection sont également déterminants :
• la tension des signaux à transmettre ;
• la tension de tenue aux chocs que présente l'interface à protéger de l'équipement terminal et
• la fréquence de transmission du signal.
6.4.1 Fonctionnement des circuits
Circuits de base
Le secteur de la technique de mesure,
de commande et de régulation rencontre
diverses applications et formes de signaux.
C'est pourquoi il existe divers disjoncteurs, spécifiquement conçus pour chaque
application. Il existe une distinction entre
les formes de signaux conçues comme des
circuits fermés et autonomes (Loop) et
les signaux avec un potentiel de référence
commun et une barre commune.
Les circuits fermés et autonomes
(Loops) sont isolés en raison des perturbations du potentiel de masse. Une utilisation fréquente de ce type est la boucle de
courant de 4 à 20 mA pour la transmission des valeurs de mesure.
Afin de garantir également l'isolation
dans l'application, les parafoudres sont
conçus en conséquence. Les éclateurs à
gaz (gas discharge tube, GDT) possèdent
des propriétés d'isolation adéquates. Ils
garantissent lors de l'exploitation de
l'installation une isolation entre les fils de
signaux et le potentiel de la terre. Lorsqu'une surtension adjacente survient, le
GDT la dévie efficacement vers la terre et
garantit la limitation de la tension afin que
la résistance d'isolement de l'équipement
terminal ne soit pas dépassée. Les résistances d'isolement typiques des équipements terminaux s'élèvent à 1,5 kV. Outre
la protection de la résistance d'isolement,
la protection entre les fils de signaux et
la rigidité diélectrique sont particulièrement importantes dans le domaine de
la protection antisurtension MCR. Les
équipements terminaux sont bien souvent
nettement plus sensibles à de telles différences de potentiel, car les composants
à semi-conducteurs sensibles des équipements terminaux sont directement touchés. La rigidité diélectrique des appareils
se situe souvent en dessus de 100 V. Le
niveau de protection concernant les parafoudres prévoit pour cette raison une
Fig. 72 : circuit de base pour les circuits de signaux isolés
diode Transil à réaction rapide (Transient
Voltage Supressor-Diode, TVS-Diode) qui
réalise un bon niveau de protection en
tension.
La fonctionnalité spécifique du circuit de protection avec résistances de
découplage est décrite en détail ci-dessous.
Dans les cas où les résistances de
découplage sont gênantes au niveau du
circuit longitudinal, le déploiement de la
variante de circuit sans découplage s'avère
pertinent. Cela peut notamment être le
cas avec les circuits de mesure à deux
conducteurs PT-100 pour lesquels la
résistance peut fausser les résultats de
mesure. Ce type de circuit de protection
Protection antisurtension pour
les types de signaux
La diversité des types de signaux,
de bus de terrain et d'interfaces
demande un produit sur mesure
et une gamme de produits étendue. L'outil de sélection STOP-IT
(Selection Tool of Protection for
Information Technology) facilite le
choix du SPD MCR adéquat. Il est
disponible en ligne sur le site Internet de Phoenix Contact.
Signal
Signal
Terre
Terre
Fig. 73 : circuit de base pour les circuits de signaux isolés (sans résistance
de couplage)
PHOENIX CONTACT
47
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
est également employé pour les commutations d'actionneur avec de hautes
intensités nominales.
Les applications avec un potentiel de
référence commun exigent un autre circuit de protection, car les composants
à semi-conducteur sensibles des équipements terminaux peuvent être endommagés lors de surtensions transitoires
entre les fils de signaux et le potentiel
de référence. C'est pourquoi les diodes
TVS sont dans ce cas commutées entre
chaque fil et le potentiel de référence.
Si le potentiel de référence est mis à
la terre, le parafoudre peut être utilisé
comme illustré dans la Fig. 74. Dans
certains cas, une liaison directe entre le
potentiel de référence commun (p. ex. la
masse) et le potentiel de masse n'est pas
autorisée ou est indésirable. Néanmoins,
afin de pouvoir offrir une protection
pour l'isolation du système par rapport
au potentiel de masse, les variantes de
circuit avec un éclateur à gaz supplémentaire peuvent s'avérer judicieuse
(Fig. 75).
Fonctionnement des éléments de
couplage
Les éléments de couplage augmentent
les performances du circuit de protection lorsqu'une impulsion particulièrement forte entre les fils de signaux doit
être limitée. La surtension en direction
du côté terrain est adjacente au côté
non protégé
Transitoire
Surtension
Résistance de
découplage
US
UG
Parafoudre à gaz
Champ
protégée
ΔU
Diode Transil
ΔU
Résistance de découplage
Tension d'amorçage UG=2xΔU+US
Appareil
à
protéger
Fig. 76 : circuit protecteur à deux niveaux
non protégé du parafoudre (Fig. 76). En
raison de la faible tension d'amorçage,
la diode Transil est d'abord amenée à
basse valeur ohmique. Un courant de
compensation survient par le biais de la
résistance de couplage et de la diode. A
partir de la chute de tension qui survient
au niveau de la diode et de la résistance,
il en résulte une tension qui atteint la
valeur de la tension d'amorçage de l'éclateur à gaz. Dès que ce dernier prend
une valeur ohmique basse, il reprend la
répartition énergétique de la surtension.
Le circuit est conçu de manière à ce
que l'éclateur à gaz soit complètement
activé avant que la diode n'atteigne la
limite de puissance. Lorsqu'il n'y a plus
de surtension transitoire, le courant de
court-circuit disparaît, car la tension
de décharge de l'éclateur à gaz est plus
élevée que la tension de service de l'application.
Les produits sont conçus pour maîtriser non seulement les surtensions
transitoires uniques, mais aussi les événements de surtensions. Par conséquent,
les intervalles de contrôle et de maintenance peuvent être établis dans l'installation. Selon l'évaluation des risques,
les contrôles des SPD sont réalisés dans
la pratique avec un intervalle de un à
quatre ans.
Signal 1
Signal 1
Signal 2
Signal 2
Référence
Terre
Terre
Fig. 74 : circuit de base pour les applications avec un potentiel de référence
commun, directement mis à la terre
48
PHOENIX CONTACT
Fig. 75 : circuit de base pour les applications avec un potentiel de référence
commun, mis à la terre indirectement
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.4.2 Une protection
autosurveillée
Le système de protection PLUGTRAB
PT-IQ représente une solution particulièrement confortable (Fig. 77). Grâce à
un système de surveillance intelligent, les
SPD s'autosurveillent. Ils signalent tout
état de fonctionnement. Au niveau de
la fiche de protection sont disponibles
pour cela des voyants à LED verts,
jaunes et rouges. Le voyant jaune signale
lorsque l'équipement de protection se
rapproche de la limite de puissance (end
of life). Le jaune signifie que la fonction
de protection est encore complètement
garantie. Cet avertissement permet de
prévoir un remplacement de manière
anticipée. Le remplacement est alors
seulement recommandé ; il sera signalé
ultérieurement en rouge lorsqu'il sera
nécessaire.
Le profilé dispose d'un bus d'alimentation et de signalisation enfichable permettant de réduire les coûts de câblage.
Les modules de protection reçoivent la
tension d'alimentation et signalent leur
état à un contrôleur central au début
de la série d'appareils de protection. Le
signal est même indiqué visuellement et
mis à disposition au moyen d'un contact
exempt de potentiel en tant que signal
de télécommunication. Grâce à ce
contact exempt de potentiel, l'état du
SPD peut être transmis aux divers supports de transmission (système bus et
sans fil).
PLUGTRAB PT-IQ
Grâce à ce système, l'utilisateur
peut connaître l'état de son
installation à tout moment, peu
importe où il se trouve. Les
appareils sont disponibles avec des
bornes à vis et le raccordement
Push-in. Une autre variante est
adaptée pour une installation dans
les circuits de courant Ex-i.
Fig. 77 : système de protection PT-IQ avec voyant d'état de fonctionnement
Fig. 78 : surtensions couplées au niveau des conducteurs de signaux dans une station d'épuration des eaux usées
PHOENIX CONTACT
49
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Exigences actuelles
Les produits de protection antisurtension montés sur un rail DIN disposent,
conformément à l'état actuel de la technique, d'un contact de base galvanique
conçu pour dévier les surtensions transitoires vers la terre. Le raccordement
au système de liaison équipotentielle
sur profilé peut s'effectuer vers la terre.
Pour une installation sur le terrain, des
variantes spécifiques sont disponibles et
peuvent être directement fixées sur le
raccordement à filetage du convertisseur
ou de l'actionneur. Les circuits de protection sont placés dans un boîtier en
métal stable et disposent d'une classe
de protection IP permettant l'installation
directement en terrain libre. La dérivation vers la terre s'effectue dans ce cas
au moyen d'un raccordement au système
de liaison équipotentielle local de l'appareil de terrain.
6.4.4 Parafoudre pour les
environnements à risque
d'explosions
Dans l'industrie chimique et pétrochimique, les atmosphères explosibles
liées aux processus techniques sont
fréquentes. Elles sont provoquées p. ex.
par des émissions de gaz, de vapeurs
ou de brouillards. Elles sont également
50
PHOENIX CONTACT
Commande
SPD
Dans la plupart des cas, les surtensions
transitoires surviennent au niveau des
conducteurs de signaux par le biais de
couplages indirects. Les installations disposant d'un vaste périmètre et dont la
plupart des câbles sont installés au sol
(LPZ 0) (maillage important) sont particulièrement dangereuses (Fig. 78).
Il faut s'assurer que les dangers soient
perceptibles aux deux extrémités des
câbles. Il est donc recommandé de
considérer une protection antisurtension
aussi bien sur le terrain que dans la centrale (Fig. 79).
Champ
SPD
6.4.3 Protection sur le terrain et
dans la centrale
Fig. 79 : protection antisurtension sur le terrain et dans la centrale
à craindre à cause des poussières des
minoteries, des silos, des sucreries et
des usines d'aliments pour bétail. C'est
pourquoi les appareils électriques en
atmosphères explosibles sont soumis à
des directives particulières. Cela vaut
également pour les parafoudres qui
doivent être installés pour ce type d'applications.
Il est fréquent de trouver dans les installations les circuits de signaux avec le
mode de protection Ex i, sécurité intrinsèque selon la norme CEI/60079-11. Un
circuit électrique est défini comme étant
à sécurité intrinsèque, lorsque le courant
et la tension sont limités de sorte qu'une
étincelle ou un effet thermique ne puisse
déclencher aucune inflammation d'une
atmosphère explosible. Une maintenance
des circuits électriques à sécurité intrin-
sèque est réalisable sans autorisation
particulière (un permis de feu p. ex.). Les
câbles des circuits électriques à sécurité
intrinsèque peuvent être court-circuités
ou déconnectés sans que l'installation ne
doive être mise hors tension. En outre,
les composants doivent être installés
selon le niveau de protection dans la
zone Ex 0. Si des parafoudres doivent
être installés pour ce type d'applications,
il est nécessaire de respecter les autorisations correspondantes.
Zone 0
Zone présentant une atmosphère
gazeuse explosible dangereuse
permanente, de longue durée
ou fréquente. Ces conditions se
rencontrent souvent à l'intérieur de
cuves, canalisations, vannes et réservoirs.
Équipements de protection
certifiés pour les zones à
risque d'explosion
Avec ses gammes de produits
PLUGTRAB, TERMITRAB et
SURGETRAB, Phoenix Contact
offre des solutions disposant d'une
homologation ATEX selon la
directive 94/9/CE et qui peuvent
être installées dans des circuits
à sécurité intrinsèque jusqu'à la
zone 1.
Fig. 80 : protection antisurtension pour le
montage direct dans les appareils de terrain,
SURGETRAB
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Zone 1
Zone pouvant présenter occasionnellement une atmosphère gazeuse explosible dangereuse dans des conditions
normales de service. Il s'agit des zones
à proximité immédiate de la zone 0 ainsi
que des zones à proximité des dispositifs
de remplissage et de vidage.
Zone 2
Zone 1
Zone 2
Zone qui, dans les conditions normales
de service, ne présente aucun risque
d'atmosphère gazeuse explosible
dangereuse ou qui ne présente qu'un
risque de courte durée. Cette zone 2
comprend les entrepôts, lorsqu'ils sont
utilisés aux seules fins de stockage, les
zones proches des raccords amovibles
de canalisations et, de façon générale,
les zones à proximité immédiate de la
zone 1.
Zone 0
Fig. 81 : répartition des zones en prenant l'exemple d'un réservoir de liquide avec capteur de niveau
de remplissage
6.4.5 Compensation de potentiel fonctionnement normal.
Afin de protéger l'isolation des
pour la protection
tubes
(coating) et des brides isolantes
parafoudre de pipelines
Pour l'exploitation économique des
pipelines, il est indispensable de
bénéficier d'une longue durée de
vie du matériel. On utilise donc des
systèmes de protection actifs contre la
corrosion pour éviter la rouille, ce qui
nécessite d'isoler les tuyaux métalliques
du potentiel de terre pendant le
contre les dommages des surtensions,
des éclateurs de sectionnement sont
déployés (Fig. 83). En cas de surtension
à la suite d'un coup de foudre par
exemple, l'éclateur de sectionnement
prend alors une valeur ohmique basse
et dévie la tension vers la terre, ce qui
garantit la compensation de potentiel
pour la protection parafoudre.
Fig. 82 : champ d'application typique : station de compression de gaz
Fig. 83 : exemple d'installation au niveau d'une
bride isolante
PHOENIX CONTACT
51
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.5 Protection des circuits de transmission des signaux des technologies
de l'information
La communication via des réseaux de
données fait partie du quotidien dans tous
les secteurs de la société.
Les interfaces fonctionnent à de faibles
niveaux de signal pour des fréquences
élevées. Elles sont ainsi particulièrement
sensibles aux surtensions et une destruction des composants électroniques des
installations IT peut alors survenir. Outre
le degré de protection sur mesure de ces
installations, les SPD doivent disposer
pour ce type d'application d'un comportement de transmission de signaux de haute
qualité. Autrement, des dysfonctionnements lors de la transmission des données
peuvent survenir. En raison des taux de
transmission de données croissants, cet
aspect gagne en importance. Par conséquent, lors du développement de nouveaux SPD pour les installations IT, il faut
concentrer ses efforts sur la réalisation
d'un comportement de transmission de
données hautement performant. Ce paramètre est évalué selon les normes ISO/
CEI 11801 et EN 50173.
Il existe en outre dans ce domaine d'application des modes de raccordement très
divers. C'est pourquoi les équipements de
protection doivent à la fois respecter les
spécifications électriques et être adaptés
aux interfaces à protéger. Les variantes de
SPD se distinguent bien souvent par leur
forme et leur technique de raccordement.
1
1
Les circuits de protection allient souvent des diodes Transil à réponse rapide
et de faibles capacités avec des éclateurs à
gaz hautement performants. Si cela s'avère
nécessaire pour le circuit, des résistances
ohmiques découplent les deux niveaux de
protection.
6.5.1 Interfaces Ethernet et
Token-Ring
L'architecture et la conception d'une installation réseau ainsi que le type de transfert de données entre les stations dans le
réseau de donnée sont définis comme une
topologie.
Dans les réseaux locaux, les topologies
de bus, circulaires et en étoile pouvant
également être combinées ont fait leurs
preuves. Pour la transmission d'informations dans les réseaux de données, les
conducteurs à fibre optique et les lignes
de données à paires torsadées sont disponibles.
Exigences de la transmission de
données
Les interfaces Ethernet et Token-Ring
sont déployées depuis déjà de nombreuses années. Les systèmes Ethernet
se sont imposés cependant en raison de
leur vitesse de transmission et de leurs
connecteurs compacts. Le procédé de
2
2
3
3
6 OUT 4
6 IN 4
Fig. 84 : DT-LAN-Cat.6+ - SPD pour les technologies de l'information
52
PHOENIX CONTACT
5
5
7
7
8
8
transmission du système Ethernet est défini dans la norme IEEE 802.3. La vitesse de
transmission s'élève jusqu'à 10 GBit/s.
La vitesse de transmission est définie
(tableau 5.1.1a) selon la catégorie de performances (cat. 5 - cat. 7).
Les nouveaux systèmes exigeant une
haute fréquence de transmission fonctionnent selon la cat. 6 et la cat. 7, et à
l'avenir la cat. 8.1 ou la cat. 8.2.
Les équipements de protection avec
raccordement RJ45, pour lesquels les
huit voies de signalisation sont protégées,
s'adaptent de manière universelle aux
interfaces Ethernet, Profinet et TokenRing.
Power over Ethernet (PoE)
Power over Ethernet (PoE) est un processus pendant lequel l'énergie auxiliaire est
transmise à l'aide du câble de transmission
de données Ethernet aux appareils raccordés.
L'énergie auxiliaire est disponible au
niveau des paires de fil non exploitées
(mode B, Fig. 86) ou est distribuée au
niveau de l'alimentation fantôme (mode A,
Fig. 85) entre les paires de fils de signaux.
Selon la norme IEEE 802.3af, il est possible, à l'aide de ce procédé, de transférer
une puissance jusqu'à 13,5 W. La norme
suivante IEEE 802.3at permet avec POE+
DT-LAN-Cat.6+
L'équipement de protection
DT-LAN-CAT.6+ protège les
équipements sensibles de manière
optimale, car des composants de
protection à réaction rapide, aussi
bien pour les câbles de données
que pour le système PoE, sont
utilisés.
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
Domaine d'application
Catégorie
MBit/s
Câble
Raccordement
100 Base TC
(Fast Ethernet)
LAN, câblage structuré des
bâtiments
5
100
2 - 4 paires,
paire torsadée
RJ 45, paires : 1-2, 3-6 ou
1 000 Base T
(Ethernet GIGABIT)
LAN, câblage structuré des
bâtiments
5e, 6
1000
4 paires, paire torsadée
10 GBase T
(Ethernet GIGABIT)
LAN, câblage structuré des
bâtiments
6a
10 000
4 paires, paire torsadée
10 GBase T
(Ethernet GIGABIT)
LAN, câblage structuré des
bâtiments
7
10 000
4 paires, paire torsadée
4-5, 7-8
RJ 45, paires :
1-2, 3-6, + 4-5, 7-8
RJ 45, paires :
1-2, 3-6, + 4-5, 7-8
RJ 45, paires :
1-2, 3-6, + 4-5, 7-8
Tableau 10 : vitesse de transmission par rapport aux Catégories de performance
Interface V.24
33
66
7
50 V
jusqu'à 57 V
(30 W)
50 V
jusqu'à 57 V
(30 W)
1
2
8
4
5
1
2
Fig. 85 : transmission de l'énergie auxiliaire via
l'alimentation fantôme (mode A)
Fig. 86 : transmission de l'énergie auxiliaire via
l'alimentation fantôme (mode B)
Les interfaces sérielles V.24 ou RS232
fonctionnent avec une transmission de
signaux asymétriques. Chaque signal
d'émission ou de réception dispose d'un
potentiel de référence commun (masse).
En outre, jusqu'à cinq signaux de commande peuvent être transmis. Il résulte
ainsi un maximum de huit signaux actifs,
masse comprise. Le raccordement s'effectue généralement par le biais de connecteurs D-SUB 25, D-SUB 9 ou de bornes
à vis.
Interface V.11
une puissance de 25,5 W. On discute
actuellement de POE++ avec lequel il
serait possible d'atteindre des puissances
de transmission encore plus importantes.
6.5.2 Interfaces série
Les interfaces série sont utilisées pour
échanger des données entre les ordinateurs et les dispositifs périphériques. Lors
d'une transmission de données en série,
les bits sont transmis successivement (à
savoir en série) par le biais d'un câble. Les
interfaces suivantes sont utilisées en particulier :
Interfaces RS485 et Profibus
L'interface série RS485 est installée au
niveau du Bitbus Intel et est étroitement
liée à l'interface RS422. Cette transmission de données symétrique fonctionne
généralement par le biais d'une paire de
fils de signaux. Les variantes avec deux
paires de fils de signaux et une masse sont
également fréquentes.
Dans les installations plus anciennes, la
tension du signal de cette interface s'élève
vis-à-vis de la masse à -7 V et +12 V.
Les nouveaux systèmes exploitent une
variante avec niveau TTL, à savoir avec
+/- 5 V.
L'interface Profibus a été conçue et
améliorée à partir de l'interface RS485.
Elle utilise les caractéristiques physiques
de l'interface RS485. Elle dispose toutefois
de taux de transmission jusqu'à 12 MBit/s.
Cette interface peut également être utilisée par les dispositifs d'acquisition de données temporelles et de machine.
Les connecteurs intermédiaires D-SUB
pour le montage sur profilé ou les
modules pour profilés avec bornes à vis
sont souvent utilisés comme équipement
de protection.
Les interfaces sérielles V.11 ou RS422
fonctionne sur la base d'une transmission
de signaux symétrique. La ligne de transmission peut s'étendre jusqu'à 1 000 m.
Les signaux d'émission et de réception
sont transmis avec une paire de fils de
signaux. De plus, une masse est adaptée
en tant que potentiel de référence afin
que prévalent des comportements de tension définis dans les interfaces raccordées.
Interface TTY
L'interface TTY fonctionnement de
manière sérielle et symétrique par le biais
de deux paires de fils de signaux. Pour
une tension de signal de 24 V maximale,
un signal de courant est interprété. Ainsi,
10 – 30 mA équivaut à la logique 1 et
0 – 1 mA à la logique 0. Les taux de
transmission de données courant sont de
9,6 kBit/s ou 19,2 kBit/s.
PHOENIX CONTACT
53
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.6 Protection des circuits de transmission de signaux des technologies
de télécommunication
Les équipements terminaux de télécommunication font aujourd'hui partie
intégrante de l'électronique bureautique.
En particulier dans les environnements
professionnels, il est aujourd'hui indispensable de disposer de systèmes de
communication toujours plus rapides et
à la pointe de la technologie pour une
disponibilité opérationnelle illimitée.
Grâce à une utilisation ciblée de parafoudres adaptés, il est aujourd'hui possible d'éviter toute défaillance soudaine
et inattendue des dispositifs de télécommunication. Des équipements de protection sont disponibles pour la transmission de données DSL et les interfaces de
signaux analogues.
Le circuit de protection se compose
principalement d'une combinaison de
diodes Transil et de puissants éclateurs
à gaz. Les éclateurs à gaz ont été conçus
tels que des éléments de protection à
trois électrodes. L'électrode centrale est
placée sur la masse en tant que protection contre la tension en mode commun.
Si cela s'avère nécessaire pour le circuit,
des résistances ohmiques découplent les
deux niveaux de protection.
Pour la protection contre les tensions
du réseau d'alimentation (power cross),
les équipements de protection à trois
électrodes sont dotés d'une protection thermique. Les interfaces les plus
connues dans le domaine des télécommunications sont les suivantes :
Interface xDSL
Les interfaces DSL (digital subscriber
line) offrent une connexion à Internet
à une vitesse allant de 1 MBit/s (ADSL)
à 100 MBit'/s (VDSL). La fréquence de
transmission se situe entre 2,2 MHz et
17,7 MHz. La tension nominale pour le
circuit de protection des équipements
de protection adaptés dépend de la
transmission de l'alimentation en tension
continue. Les valeurs typiques de tension
nominale pour les applications sont :
• Sans alimentation en tension :
< 24 V DC
• Avec alimentation en tension :
≥ 110 V DC
RJ 12
RJ 45
RJ 11
RJ 12
RJ 45
2
3
4 Aa
Plug
RJ 11
4
Plug
3
4
5
3
unprotected
Ba 1
2
4
5 Ab
protected
3
1
2
3 Ba
4
5
6 Bb
Bb 4
5
6
Fig. 87 : DT-TELE-RJ45 - SPD pour les installations de télécommunication
54
PHOENIX CONTACT
Interface de télécommunication
analogique
Seules les lignes téléphoniques déploient
encore aujourd'hui un système de télécommunication analogique. Les équipements de protection doivent pour
cela présenter une tension nominale de
180 V. Généralement, les équipements
de protection DSL (Fig. 87) peuvent également être employés pour la télécommunication analogique.
DT-TELE-RJ45
Aa 2
Ab 3
La fréquence de transmission sur le
marché des lignes DSL peut varier suivant les régions au niveau international
de près de 100 kHz. Il faut donc tenir
compte de la fréquence de coupure lors
du choix de l'équipement de protection.
L'équipement de protection
DT-TELE-RJ45 protège, grâce
à sa faible atténuation, les
raccordements VDSL rapides.
Avec une technique de
raccordement universelle (RJ45,
RJ12, RJ11 et raccordement vissé
enfichable), le produit s'adapte à
toutes les applications.
Bases de la protection antisurtension | Domaines d'application
6.7 Protection des circuits de transmission de signaux dans les installations
émettrices et réceptrices
Les installations émettrices et réceptrices
sont considérées comme étant particulièrement sensibles aux surtensions.
Les lignes d'antennes, qui sont le
plus souvent très longues et dépassent
les limites des bâtiments, ainsi que les
antennes elles-mêmes, sont directement
soumises aux décharges atmosphériques.
C'est la raison pour laquelle on utilise
des câbles à structure coaxiale, qui présentent en principe de bonnes propriétés
en matière de CEM. Le blindage du câble
d'antenne peut être mis à la terre ou être
indépendant du potentiel de terre selon
les conditions du système. Toutefois,
cela n'exclut pas totalement un risque de
couplage de surtensions dans les câbles
d'antenne. Par ce biais, les surtensions
peuvent accéder aux interfaces sensibles
des installations émettrices et réceptrices.
Les fréquences élevées de la transmission radio requièrent des équipements de
protection présentant une faible capacité
intrinsèque, ou un affaiblissement d'insertion réduit et une bonne adaptation
de l'impédance. Cependant, un effet de
protection de qualité avec un pouvoir
de décharge élevé est nécessaire. C'est
pourquoi la plupart des équipements de
protection sont dotés de puissants éclateurs à gaz ou de la technologie Lambda/4. La technologie Lambda/4 exploite un
court-circuit entre le conducteur intérieur
et le blindage. La longueur du câble entre
le court-circuit et le câble intérieur est
définie selon la fréquence transmise sans
atténuation. L'un des grands avantages de
cette technologie réside dans le très bon
(faible) niveau de protection en tension
obtenu, car l'équipement de protection
travaille dans la plage de fréquence des
surtensions sous forme de court-circuit.
Il faut cependant veiller à ce que le câble,
sur lequel est raccordé l'équipement de
protection Lambda/4, n'utilise aucune
alimentation en tension continue. Grâce
à un équipement de protection Lambda/4
optimisé à l'aide de la technologie HF, des
signaux à bande relativement large (p.ex
0,8 - 2,25 GHz) peuvent être transmis. La
Fig. 88 montre un modèle typique d'équipement de protection doté de la technologie Lambda/4.
Les domaines d'application les plus répandus pour les SPD dans la télécommunication sont :
Raccordement d'antenne des
appareils de télévision et de radio
Les équipements de protection pour les
appareils de radio et de télévision sont
le plus souvent montés entre le raccordement mural d'antenne et le câble
d'antenne sortant. Pour les récepteurs
satellite, il existe des équipements de
protection multicanaux pour le montage
mural. Les raccordements de câbles à
large bande et d'antennes ont générale-
ment des connecteurs TV et RF selon la
norme DIN 45 325. Le raccordement des
récepteurs satellite s'effectue à l'aide de
connecteurs F.
Communication vidéo
Le domaine d'application de la communication vidéo couvre la surveillance
des bâtiments, des espaces et bâtiments
publics et des installations de sports et
de loisirs. La disponibilité opérationnelle
permanente de ce type d'installation de
surveillance requiert des parasurtenseurs
adaptés. Ce sont principalement les
connecteurs intermédiaires à structure
coaxiale dotés de connecteurs BNC ou
TNC qui sont déployés comme équipements de protection.
Installations de relais par faisceau
hertzien et de téléphonie mobile
Le relais hertzien est une technique permettant la transmission d'informations
sans fil. Les ondes radio émises sont
rassemblées et transmises avec une fréquence porteuse entre 1 et 40 GHz par
le biais d'antennes directives. Les antennes
typiques sont les miroirs paraboliques, les
antennes coquille et les antennes cornet.
Les fréquences nominales des signaux
utiles dans ce secteur s'étendent de
0,8 GHz à 2,7 GHz. Des connecteurs N,
SMA ou 7/16 sont généralement utilisés
pour la technique de raccordement des
équipements de protection.
CN-LAMBDA/4
λ/4
Grâce à l'équipement de protection
CN-LAMBDA/4-2.25, divers
systèmes de transmission dans le
domaine des GHz peuvent être
protégés de manière efficace. Un
tel résultat est atteint grâce à la
technologie LAMBDA/4 à larges
bandes.
Fig. 88 : CN-LAMBDA/4 - Équipement de protection doté de la technologie Lambda/4
PHOENIX CONTACT
55
Bases de la protection antisurtension | Glossaire
7
Glossaire
Affaiblissement d’insertion
La valeur d’affaiblissement se définit
comme le rapport des tensions générées
immédiatement après le point d’insertion,
avant et après l’insertion de l’équipement
de protection à tester. Le résultat est
exprimé en décibel.
ATEX
ATEX est un synonyme largement répandu pour la directive ATEX de l'Union
Européenne. La désignation ATEX découle
de l'abréviation pour « atmosphères
explosibles ».
CEM
CEM signifie compatibilité électromagnétique, la capacité d’un dispositif, d’un
appareil ou d’un système à fonctionner
dans son environnement électromagnétique de façon satisfaisante et sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pour tout ce qui
se trouve dans cet environnement.
Courant de charge nominal (IL)
Valeur effective maximale de l’intensité
nominale pouvant passer à une charge
ohmique raccordée à la sortie sécurisée
du SPD. Cette valeur maximale est préréglée par le biais des composants conducteurs de courant de fonctionnement du
SPD. Ces derniers doivent être en mesure
de maintenir la charge à courant continu
de manière thermique.
Courant de choc
Un courant sous forme d’impulsion qui
est caractérisé par un fort accroissement
du courant dans un court laps de temps.
La forme d’impulsion typique est de type
(8/20 μs), avec laquelle est contrôlé le
comportement de limitation de tension
des SPD, et de type (10/350 μs), avec
laquelle est testé le courant de foudre
56
PHOENIX CONTACT
maximal admissible des SPD.
Courant de court-circuit assigné
(ISCCR)
Courant de court-circuit non influençable
du réseau électrique pour lequel le SPD
est mesuré en fonction de la protection
contre les surintensités en amont. Le
courant de court-circuit assigné indique
le courant de court-circuit prospectif
maximal permettant l’installation du SPD
sur le lieu de montage. Les essais correspondants pour déterminer cette valeur
sont effectués en fonction de la protection contre les surintensités en amont.
Dans le cas des parafoudres spécifiques
pour les installations photovoltaïques, la
valeur ISCPV correspond au courant continu
de court-circuit maximal de l’installation
jusqu’auquel le SPD peut être installé.
Courant de décharge d’impulsion
(Iimp)
Valeur de crête du courant circulant
dans le SPD avec la forme d’impulsion (10/350 μs). La forme d’impulsion
(10/350 μs) d’un courant de choc est
caractéristique des effets d’un coup de
foudre direct. La valeur du courant de
décharge d’impulsion est utilisée lors
de tests spécifiques d’un SPD pour le
contrôle de la capacité de charge relative
aux courants de foudre à haute valeur
énergétique. En fonction de la classe de
protection parafoudre indiquée pour un
système de protection contre la foudre,
les SPD doivent respecter les seuils correspondants relatifs à cette valeur.
Courant nominal de décharge (In)
Valeur de crête du courant circulant
dans le SPD avec la forme d’impulsion
(8/20 μs). La forme d’impulsion (8/20 μs)
d’un courant de choc est caractéristique
des effets d’un coup de foudre indirect ou
d’une manœuvre. La valeur du courant
nominal de décharge est utilisée pour
un large éventail de tests d’un SPD ainsi
que pour la détermination du niveau de
protection en tension. En fonction de la
classe de protection parafoudre indiquée
pour un système de protection contre
la foudre, les SPD doivent respecter les
seuils correspondants relatifs à cette
valeur.
Gas discharge tube, GDT
Eclateur à gaz
Niveau de protection en tension
(Up)
Tension maximale pouvant être délivrée
au niveau des bornes de raccordement du
SPD pendant la charge avec une impulsion
de la pente de tension et la charge avec
un courant de décharge de l’amplitude
et de la forme d’onde données. Cette
valeur caractérise l’effet de protection
antisurtension du SPD. Dans le cas d’une
surtension dans les paramètres de performance du SPD, la tension du raccordement sécurisé du SPD est limitée à cette
valeur maximale en toute sécurité.
Niveau de protection foudre
Il s’agit d’une répartition normative des
systèmes de protection contre la foudre
dans les classes I à IV accompagnée des
valeurs de mesure correspondantes maximale et minimale n’étant pas dépassées
lors d’événements d’origine naturelle.
Cette répartition repose sur un ensemble
de paramètres des courants de foudre
se basant sur la probabilité et permet
ensuite de dévier les courants de foudre
de manière sécurisée. Le niveau de protection foudre I correspond aux valeurs
nominales les plus élevées et à la probabilité de capture la plus grande. Les valeurs
diminuent de manière proportionnelle
Bases de la protection antisurtension | Glossaire
jusqu’au niveau de protection foudre IV.
Dispositif de protection contre les surintensités
que d'un système de compensation de
potentiel et d'un système SPD coordonné
au sein de l'installation de construction
pour la protection contre les dommages
causés par les surtensions et les courants
de chocs des coups de foudre.
Pouvoir d’extinction du courant de
suite (Ifi)
Technologie Safe Energy Control,
technologie SEC
Le pouvoir d’extinction du courant de
suite indique la valeur effective prospective du courant de court-circuit sur le lieu
d’installation du SPD commutateur de
tension jusqu’à laquelle ce dernier peut à
nouveau atteindre de manière autonome
après son activation un état de haute
impédance en présence d’une tension
permanente maximale Uc à la suite d’un
courant de choc, sans déclencher la protection contre les surintensités en amont.
Technologie pour les SPD afin de protéger
l’alimentation électrique. Les SPD dotés
de la technologie SEC se distinguent par
les caractéristiques suivantes :
• Sans rétroaction et avec grande durée
de vie
• Solution sans fusible en amont pour
chaque application
• Compacts et entièrement enfichables
Overcurrent protective device,
OCPD
Tension de choc
Power over Ethernet est un processus
pendant lequel l’énergie auxiliaire est
transmise à l’aide du câble de transmission
de données Ethernet aux appareils raccordés.
Une tension sous forme d’impulsion qui
est caractérisée par un fort accroissement
de tension pendant un court laps de
temps. La forme d’impulsion typique est
de type (1,2/50 μs) avec laquelle la réactivité du SPD ou la tension de tenue aux
chocs des équipements sont contrôlées.
Résistance d’isolement
Tension de marche à vide (UOC)
Résistance de l’isolation des circuits électriques d’un composant par rapport à des
tensions de tenue et de choc avec des
amplitudes supérieures à la tension permanente maximale.
Tension de marche à vide du générateur
hybride au niveau des points de raccordement du SPD. Un générateur hybride
génère ce que l’on appelle un choc
combiné, c’est-à-dire qu’il délivre lors de
la marche à vide une impulsion de tension d’une forme d’impulsion définie, en
général (1,2/50 μs), et une impulsion de
courant d’une forme d’impulsion définie,
en général (8/20 μs). Le choc combiné
est caractéristique des répercussions de
surtensions induites. En fonction de la
classe de protection indiquée pour un système de protection contre la foudre, les
SPD doivent respecter les seuils correspondants relatifs à cette valeur.
Power over Ethernet, PoE
Signaux binaires
Les signaux binaires désignent les signaux
numériques qui prennent seulement en
charge l'état « high » ou « low ». Ces
signaux se rapportent généralement à un
potentiel de référence commun ainsi qu'à
une barre commune.
Surge protective device, SPD
Parafoudre
Système de protection contre la
foudre
Système composé de tiges de captures,
d'équipements de protection et d'un système de mise à la terre en extérieur, ainsi
Tension nominale (UN)
Valeur nominale de la tension du circuit
d’alimentation ou de signalisation reposant
sur l’utilisation prévue des SPD. La tension
nominale indiquée pour un SPD correspond à la tension du système du lieu d’uti-
lisation typique du SPD. Pour un système
triphasé courant par exemple, elle s’élève
à 230/400 V AC. Il est également possible
de protéger de faibles tensions de système par le biais du SPD. Pour les fortes
tensions de systèmes, il faut procéder au
cas par cas et décider si le SPD peut être
installé et s’il est nécessaire de respecter
des restrictions.
Tension permanente maximale (Uc)
Valeur effective maximale de tension qui
peut être appliquée de manière permanente au niveau des chemins de protection du SPD. La tension permanente maximale doit être supérieure d'au moins 10 %
à la valeur de la tension nominale. Dans
les systèmes avec de fortes variations de
tension, les SPD pouvant être installés
doivent présenter un intervalle important
entre les valeurs UC et UN.
TVS
TVS signifie Transient Voltage Suppressor.
Catégorie de surtensionRépartition des
équipements dans les catégories de I à IV
selon leur tension de tenue aux chocs. La
catégorie de surtension I correspond à la
valeur la plus faible et comprend les appareils (et terminaux) particulièrement sensibles. Les valeurs augmentent en conséquence jusqu'à la catégorie de surtension
IV. Les valeurs dépendant de chaque
catégorie relèvent également du niveau de
tension du système d'alimentation.
Zone de protection foudre
Zone dans laquelle est déterminé l’environnement électromagnétique relatif au
risque de coups de foudre. Tous les câbles
(d’alimentation) qui traversent la délimitation des zones doivent être inclus au
moyen de SPD adéquats dans l’équipotentialité de la protection contre la foudre.
Les délimitations des zones de protection
foudre ne sont pas nécessairement des
limites physiques (p.ex des murs, des sols
ou des plafonds).
Zone de protection foudre ZPF
Zone de protection contre la foudre
PHOENIX CONTACT
57
Bases de la protection antisurtension | Glossaire
58
PHOENIX CONTACT
Bases de la protection antisurtension | Bibliographie
8
Bibliographie
[1] Commission électrotechnique internationale. CEI 62305-1 - Protection contre la foudre Partie 1 : principes généraux. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.
[2] Commission électrotechnique internationale. CEI 62305-2 - Protection contre la foudre Partie 2 : gestion des risques. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.
[3] Commission électrotechnique internationale. CEI 62305-3 - Protection contre la foudre Partie 3 : protection des installations architecturales et des personnes. s.l : VDE Verlag GmbH, 2010.
[4] Commission électrotechnique internationale. CEI 62305-4 - Protection contre la foudre Partie 4 : systèmes électriques et électroniques dans les installations architecturales. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.
[5] Commission électrotechnique internationale. CEI 60364-4-44 - Installations électriques à basse tension Partie 4-44 : mesures de protection - Protection contre les tensions parasites et les perturbations
électromagnétiques. s.l : VDE Verlag GmbH, 2007.
[6] Commission électrotechnique internationale. CEI 61643-11 - Parasurtenseurs pour
les installations à basse tension - Exigences et essais. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2011.
[7] Commission électrotechnique internationale. CEi 61643-21 - Parafoudres connectés
aux réseaux de signaux et de télécommunications Prescriptions de fonctionnement et méthodes d'essais. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2000.
[8] Commission électrotechnique internationale. CEI 61643-31 - Parasurtenseurs pour les
installations à basse tension - Exigences et essais pour les parasurtenseurs
pour les installations photovoltaïques. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2015.
[9] Commission électrotechnique internationale. CEI 60664-1 Coordination de l'isolement des matériels dans les installations à basse tension - Partie 1 : Principes, exigences et
essais. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2007.
[10] Commission électrotechnique internationale. CEI 60364-1 - Construction d'installations à basse tension Partie 1 : principes généraux, dispositions, caractéristiques générales, termes. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2005.
[11] Commission électrotechnique internationale. CEI 60364-5-53 - Construction d'installations basse tension Partie 5 : choix et mise en œuvre des matériels électriques ;
Chapitre 53 : appareils de commutation et de commande. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2002.
[12] Commission électrotechnique internationale. CEI 60364-4-43 - Construction d'installations électriques à basse tension
Partie 4-43 : mesures de protection - protection en cas de surchage. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2008.
[13]
Comité européen de normalisation électrotechnique. CLC/TS 50539-12 Parasurtenseurs pour les installations photovoltaïques Principes de choix et d'application. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2013.
[14]
Phoenix Contact GmbH & Co. KG. Protection antisurtension TRABTECH - Manuel pour les ingénieurs en
électricité. 2015.
[15] Commission électrotechnique internationale. CEI 61643-12 - Parasurtenseurs pour
les installations à basse tension - Choix et principes d'application. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.
[16] Commission électrotechnique internationale. CEI 61643-22 Parasurtenseurs connectés aux réseaux de signaux et de télécommunication Principes de choix et d'application. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2007.
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