Etude du Comportement Electrique et Thermique de Parafoudres à

N° D'ORDRE : E.C.L. 88-22 ANNEE 1988
1
THESE
présentée devant
L'ECOLE CENTRALE DE LYON
pour obtenir
le titre de DOCTEUR
Spécialité : Electrotechnique
par
M. Manuel SERRANO SERVIN
Etude du Comportement
Electrique et Thermique
de Parafoudres à ZnO
Soutenue le 7 décembre 1988 devant la Commission d'Examen :
Jury MM. Pli. AURIOL Président
A. FOGGIA
A. ROUSSEAU
G. MEUNIER
F. BURET

ECOLE CENTRALE DE LYON
Directeur : 3. BORDET
Directeur Adjoint : R. RICHE
Directeur de l'Administration de la Recherche : P. CLECHET
Directeur des Etudes : F. SIDOROFF
LISTE DES PERSONNES HABILITEES A ENCADRER DES THESES A L'E.C.L.
(Doctorat d'Etat ou Habilitation au sens de l'Arrêté du 5 juillet 198*,
modifié par l'Arrêté du 21 mars 1988)
Mathématiques-Informatique-Systèmes
B. DAVID Professeur 2e Classe
CM. BRAUNER Professeur 2e Classe - Univ.- Bordeaux
3.F. MAITRE Professeur 1ère Classe
F. CONRAD Maître Assistant ENSM-St-Etienne
G. THOMAS Maître de Conférences
F. MUSY Maître de Conférences
Cl. SCHMIDT-LAINE Chargée de Recherche au CNRS
Physicochimie des Matériaux
P. CLECHET
3. 30SEPH
P. PICHAT
3.M. HERRMANN
N. 3AFFREZIC
G. ESCHALIER
A. GAGNAIRE
Cl. MARTELET
3.R. MARTIN
R. OLIER
A. TAILLAND
Professeur 1ère Classe
Professeur 2e Classe
Directeur de Recherche au CNRS
Directeur de Recherche au CNRS
Chargée de Recherche au CNRS
Maître de Conférences
Maître de Conférences
Maître de Conférences
Maître de Conférences
Maître de Conférences
Maître de Conférences
Métallurgie et Physique des Matériaux
P. GUIRALDENQ
D. TREHEUX
3. BRUGIRARD
B. COQUILLET
D. 3UVE (Mme)
NGUYEN Du
3. BLANC-BENON
Professeur 1ère Classe
Professeur 2e Classe
Professeur - LYON I
Professeur - LYON I
Maître de Conférences
Ingénieur d'Etude - 2e C.
Assistant Titulaire
Electronique
G. HOLLINGER
R. BLANCHET
S. KRAWCZYK
M. LE HELLEY
P. LEYRAL
O. BONNAUD
3. BOREL
3.P. CHANTE
P. VIKTOROVITCH Directeur de Recherche au CNRS
Directeur de Recherche au CNRS
Professeur 2e Classe
Chargé de Recherche au CNRS
Maître de Conférences
Maître Assistant
Professeur - INSA - Rennes
Direct. Technique Sté E.F.C.I.S.
Professeur - INSA - Lyon

Electrotechnique
Ph. AURIOL
A. FOGGIA
A. NICOLAS
G. R03AT
Professeur 2e Classe
Professeur 1ère Classe
Maître de Conférences
Maître de Conférences
I.N.P.G.
Mécanique des Solides
B. CAMBOU
F. SIDOROFF
L. 3EZEQUEL
Cl. SURRY
L. VINCENT
Professeur 2e Classe
Professeur 1ère Classe
Maître de Conférences
Professeur - E.N.I.S.E.
Maître de Conférences
Technologie des Surfaces
3.M; GEORGES
3. SABOT
T. MATHIA
Ph. KAPSA
3.L. LOUBET
3.L. M AN SOT
3.M. MARTIN
H. MONTES
Professeur 1ère Classe
Professeur 2e Classe
Directeur de Recherche au CNRS
Chargé de Recherche au CNRS
Chargé de Recherche au CNRS
Chargé de Recherche au CNRS
Maître de Conférences
Maître de Conférences
Mécanique des Fluides
3. MATHIEU
3. BATAILLE
B. GAY
3.N. GENCE
D. 3EANDEL
E. ALCARAZ
F. LEBOEUF
R. MOREL
Cl. CAMBON
3.P. BERTOGLIO
P. FERRAND
M. LANCE
Professeur Classe Exceptionnelle
Professeur Lyon I
Professeur Lyon I
Professeur Lyon I
Professeur 2e Classe
Professeur 2e Classe
Maître de Conférences
Maître de Conférences INSA
Chargé de Recherche au CNRS
Chargé de Recherche au CNRS
Chargé de Recherche au CNRS
Chargé de Recherche au CNRS
Acoustique
(Mlle) G. COMTE-BELLOT
M. SUNYACH
D. 3UVE
Ph. BLANC-BENON
Professeur Classe Exceptionnelle
Professeur IUT-Lyon
Maître de Conférences - LYON I
Chargé de Recherche au CNRS
Machines Thermiques
M. BRUN
Ph. ARQUES Professeur 2e Classe
Professeur 2e Classe

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Ce travail a été réalisé au laboratoire d'Electrotechnique de l'Ecole Centrale de Lyon
en collaboration avec la Direction des Etudes et Recherches de l'Electricité de France.
Nous remercions sincèrement Messieurs les membres du jury pour l'intérêt qu'ils ont
manifesté pour cette étude :
- Monsieur Philippe AURIOL, Directeur du laboratoire d'Electrotechnique de l'ECL
pour l'honneur qui nous à fait de présider le jury de cette thèse.
- Monsieur Albert FOGGIA qui a assuré la direction scientifique de l'étude.
- Monsieur Alain ROUSSEAU, Ingénieur EDF, pour le soutien et conseils qu'il nous
a accordé.
- Monsieur François BURET, professeur agrégé à l'Ecole Centrale de Lyon.
- Monsieur Gérard MEUNIER, chargé de recherche au CNRS.
Nous remercions également les Institutions Mexicaines :
• CONACYT,
e BANCO DE MEXICO,
• INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELECTRICAS
pour le soutien moral et financier qu'elles m'ont apporté pour réaliser mes études en
France.
Nous tenons à remercier tous les collègues chercheurs et techniciens du laboratoire
d'Electrotechnique de l'ECL qui ont su créer une atmosphère propice au bon
déroulement de ce travail.

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RESUME
Les parafoudres à Oxyde de Zinc (ZnO) sont de plus en plus utilisés dans les
réseaux électriques de Haute Tension (HT) et de Moyenne Tension (MT) pour limiter les
surtensions susceptibles d'endommager le matériel électrique. Le mode de défaillance le
plus étudié de ce type de parafoudres est "l'emballement thermique" (cf. II.3). De ce fait,
le comportement thermique et son imbrication avec les phénomènes électriques sont des
points fondamentaux dans l'étude de parafoudres à ZnO.
Afin d'étudier le comportement thermique et électrique de ces parafoudres, nous
avons développé un modèle thermo-électrique en utilisant le logiciel ASTEC3. Il tient
compte des caractéristiques électriques non-linéaires de la partie active (céramiques
ZnO), ainsi que leur dépendance non-linéaire en température. Ce modèle est basé sur
l'analogie thermique-électrique et donne la répartition de température sur l'ensemble du
parafoudre aussi bien en régime permanent qu'en régime transitoire.
Les essais réalisés en laboratoire sur différents types de structures de parafoudres,
utilisés dans les réseaux HT et MT, ont permis de valider les résultats calculés à l'aide
d'ASTEC3. Le modèle ainsi développé peut être appliqué à toute étude de caractère
thermique.
En particulier, il a été démontré qu'il était possible d'améliorer la conception de ces
parafoudres en augmentant la quantité de chaleur évacuée par les capots.