Les installations de production d'eau et de traitement des eaux usées sont liées par une obligation de continuité de service. Celle-ci peut être gravement remise en cause par des perturbations électriques lors de phénomènes orageux. La protection systématique des installations est indispensable. Si les circuits courants forts sont bien pris en compte, les circuits de communication sont encore trop souvent oubliés. Les installations photovoltaïques nécessitent une protection spécifique.
Chaque année, plusieurs centaines de milliers d’impacts foudre frappent le territoire français ; quelques morts à déplorer, des dizaines de milliers d’animaux tués, mais aussi des dégâts qui se chiffrent en centaines de millions d’€.
Le coup direct pris en charge par le paratonnerre reste relativement rare.
Le danger le plus fréquent relève des effets indirects induits par ce phénomène électrique et électromagnétique : la foudre injecte du courant dans les lignes aériennes lorsqu’elles sont touchées et induit à distance des courants très destructeurs sur les installations électriques.
Les effets de la foudre sont déroutants car il s’agit de courant haute fréquence dont la propagation
ne suit pas les mêmes lois que le courant alternatif du réseau à 50 Hz (effets d’amplification sur la longueur des conducteurs).
La foudre : des effets aussi variés que dévastateurs
Tous les spécialistes de la foudre et de la protection des installations l’affirment : pour bien protéger un site, il faut protéger chacune des lignes entrantes de puissance, de courant faible (téléphonie, réseaux de données, liaisons filaires entre appareils de mesure et automates) et respecter des règles de base comme la mise à la terre correcte des installations et la continuité électrique entre équipements. Ne pas oublier les installations de sécurité (incendie, éclairage de secours, anti-intrusion, caméras, etc.). L’installation de plus en plus fréquente de panneaux photovoltaïques sur ces sites oblige à mettre en place des protections spécifiques en raison du courant continu. « Le traitement global cohérent des sites est indispensable. Il ne suffit pas de mettre un parafoudre sur un point mais de se poser des questions, réfléchir avant d’agir. Si la partie courant fort est bien traitée aujourd’hui, la partie courant faible est encore trop souvent oubliée », explique Dominique Lejop, expert foudre chez Foudre Protec. Chaque installation est un cas particulier, ne serait-ce que par sa situation géographique, plus ou moins exposée au risque d'orage côté ciel (on parle d'indice kéraunique), et côté terre, selon les sols. Le type de construction (bâtiments plus ou moins élevés, plus ou moins élancés ou compacts) a aussi son rôle. Plusieurs types d’agressions existent : le coup de foudre direct qui provoque des surtensions de centaines de kilovolts pouvant entraîner des claquages directs ; les surtensions d'origine atmosphérique induites à proximité du coup de foudre par la décharge (LEMP : Lightning electromagnetic pulse) de l’ordre de la dizaine de kilovolts ; les surtensions dues à des commutations de gros équipements (arrêts/marches, commutations d’équipements réactifs) de l’ordre du kilovolt (SEMP : switching electromagnetic pulse).
Choisir le dispositif de protection adapté
La protection des installations se décline à trois niveaux : la protection extérieure contre la foudre (paratonnerre) pour certaines constructions avec l’obligation de protéger le réseau avec un parafoudre de type 1 ; la protection des bâtiments ordinaires et tableaux divisionnaires par des parafoudres de type 2 ; la protection rapprochée d’équipements par des parafoudres de type 3. Il s'agit donc d'une cascade de protection : la tête (type 1) assure 90 % de la capacité d’écoulement des courants, le type 2 assure 9 % et le 1 % restant au niveau du tableau terminal ou d'un équipement.
« Le rôle du parafoudre est double : limiter la surtension entre phase et terre et faire transiter le courant (plusieurs kiloampères) du réseau à la terre. Si les surtensions ne sont pas limitées, elles peuvent dépasser les tensions de claquage et mettre hors service l'électronique », explique Denis Marquet, qui gère l’offre Parafoudres et Transformateurs BT/BT chez Schneider Electric. Il insiste sur les règles d’installation des appareils, notamment le respect de distances de protection (placer le parafoudre à moins de 30 m des installations à protéger), et la règle des 50 cm au niveau de l’installation : la somme des distances entre protection de tête, dispositif de déconnexion associé au parafoudre, parafoudre, bornier de terre doit être inférieure à 50 cm. Pour faciliter l’installation, plusieurs fournisseurs proposent des appareils monoblocs intégrant le parafoudre et son disjoncteur : la gamme PM Compact du pôle foudre Soulé et Hélita d’ABB France, la série iQuick chez Schneider Electric, chez Dehn les Dehnventil qui se coordonnent avec les parafoudres Red/Line, les Dehnbloc, Dehngap, Dehnguard sans nécessiter de longueur de câble ou d’inductance. Mais ces équipements vieillissent et perdent leur efficacité. « Le parafoudre à cartouche débrochable est devenu la règle », affirme José Batista, responsable marketing de Weidmüller. Autre progrès : le report de l'information “cartouche à changer” sur le poste central, ce qui facilite la maintenance. Après un ou plusieurs coups de foudre, les éléments des protections doivent être vérifiés. Il existe des appareils testeurs de parafoudre portatifs (par exemple le DRC LC M3 de Dehn), des appareils à demeure pour la surveillance d’état des parafoudres et certains appareils sont équipés directement d’indicateurs visuels indiquant leur état et la nécessité de les changer. Une inspection visuelle est obligatoire une fois par an.
Soigner la partie courant faible
La partie courant faible TBT (réseaux de mesures, automates avec
Les produits suivent la norme NF EN 61643-11.
Le réseau type Profibus (et comparables…) est protégé par des composants spécifiques. Certains câbles possèdent des blindages dont il faut assurer la continuité lors de l'installation. Les fabricants ont développé des références adaptées à cet usage : iPRC ou iPRI chez Schneider, Blitzductor chez Dehn, Surgetrab et Datatrab chez Phoenix Contact. « Comme ces réseaux comportent beaucoup de paires de conducteurs, vérifier leur bonne protection est fastidieux. Dehn a développé le système de surveillance LifeCheck® basé sur la RFID qui surveille jusqu'à 300 paires. La surveillance permanente des parafoudres est possible. Nous sommes les seuls à faire cela en TBT », explique Régis Rebb, Responsable marketing et support technique chez Dehn.
Grâce à une technologie innovante, il détecte automatiquement le niveau de tension du signal et ajuste la performance de protection en fonction de cette tension. De plus, le niveau de protection est adapté en permanence en fonction de la tension du signal. Ce parafoudre est donc adapté aux applications où le niveau de tension peut varier.
Citel, impliquée exclusivement dans le domaine de la protection contre les surtensions, capitalise une longue expérience (75 ans d'activité…) ce qui lui permet d’offrir l'une des gammes les plus complètes de parafoudres pour réseau Basse Tension et Télécom.
Des parafoudres Type 1 compacts et débrochables, tels que des DS130R ou DS130VG, sont représentatifs des solutions efficaces adaptées aux installations. Christian Macanda, Responsable produits & normalisation chez Citel, rappelle toutefois « que toutes les liaisons pénétrant dans le bâtiment sont potentiellement des vecteurs de surtensions transitoires destructrices. Donc, au-delà des lignes de distribution BT et de télécommunication, il faut aussi “traiter” les réseaux informatiques externes et les accès d'antenne : Citel propose des solutions appropriées de parafoudres pour des réseaux informatiques très haut débit, ainsi que pour des réseaux émission/réception jusqu'à 6 GHz. »
une gamme complète de parafoudres destinés à protéger les équipements électriques sensibles contre les surtensions transitoires d'origine atmosphérique. L'association des parafoudres de classe 2,5 et 1,5, aux capacités d’écoulement et temps de réponses complémentaires, permet de répondre aux besoins de sites industriels, de bâtiments informatique et de réseaux de télécommunications.
Paratronic propose de son côté le testeur GR800 pour tester les composants de protection. Il s’agit d'un générateur de rampe de tension à utiliser sur les équipements lorsqu’ils sont hors tension.
Photovoltaïque : un dispositif de protection spécifique
Les installations photovoltaïques présentent un risque particulier : d’un côté le courant continu dont la tension peut atteindre 1000 V pour les grands sites produit par les panneaux, lequel est transformé en alternatif par l’onduleur. Les installations photovoltaïques sont de taille modeste sur le toit d'un bâtiment administratif, plus importantes sur le toit de halles de traitement ou encore plus grandes au sol. À chaque fois, il faut étudier de manière spécifique la protection. Le pôle foudre Soulé et Helita d’ABB France, Dehn, Weidmüller, Citel, Phoenix Contact, Schneider Electric ou Vaisala… ont développé des produits spécifiques pour le continu. « Il a fallu s'adapter au coup par coup à l’évolution de la législation en France sur ces installations depuis 2010 » insiste José Batista de Weidmüller. « Le continu pose un problème particulier lors de la déconnexion avec la coupure de l'arc électrique qui se forme. Il faut que l’appareil coupe le courant proprement pour éviter tout risque d’échauffement voire de feu sur la varistance et ainsi bien protéger l'onduleur en aval » explique Régis Reeb dont la société Dehn a développé plusieurs produits spécifiques dont un parafoudre de type 1 pour le photovoltaïque. DEHNguard® M YPV SCI 150 est conçu pour des systèmes basse tension comme on en trouve souvent dans les systèmes photovoltaïques isolés (hors réseau). Pour cette raison, son niveau de protection de tension est optimisé pour des systèmes à faibles tensions (24 V, 48 V ou 96 V). Il repose sur des technologies qui combinent un dispositif actif de déconnexion avec contrôle thermodynamique à une mise en court-circuit, complété par un fusible additionnel. La synergie des technologies ainsi obtenue réduit le risque de détérioration.
Des modules de protection dans le cas de défauts d’installation ou d’isolation dans le circuit photovoltaïque. Cela évite particulièrement le risque d'incendie en cas de surcharge du parafoudre suite à une sollicitation d'origine foudre et met celui-ci dans un état de fonctionnement sécurisé sans influencer ou perturber le fonctionnement de l'installation photovoltaïque.
De plus, en cas de surcharge d'un module de protection, il est possible de remplacer les modules en toute sécurité alors même que le circuit est en charge. Ainsi, les systèmes photovoltaïques isolés peuvent également bénéficier des avantages de cette technologie.
Le Pôle Foudre Soulé & Hélita d’ABB France vient de lancer de son côté une gamme de parafoudres OVR PV Type 1, avec une déconnexion en fin de vie, spécifiquement développés pour les équipements photovoltaïques alimentés par un réseau DC. Ces produits, conformes au guide UTE C 61-740-51, sont débrochables et peuvent être équipés d'un système de télé-signalisation. Ils acceptent un courant de choc limp de 6,25 kA (onde 10/350). Deux gammes de produits existent en 600 et 1 000 V, ils contribuent ainsi à offrir une protection efficace et sûre des installations photovoltaïques équipées d’onduleurs de respectivement 600 V ou 1 000 V en courant continu.
Les DS50VGPV-1500/51 de Citel sont des parafoudres de type 2 conçus pour protéger le côté DC des installations photovoltaïques (PV) 1 500 Vdc, contre les surtensions. Ils s'installent en parallèle sur le réseau DC et assurent une protection de mode commun et différentiel. Ils sont basés sur l'utilisation du schéma breveté « VG » (varistances haute énergie et éclateur à gaz spécifiques) : leur comportement en vieillissement et en contrôle de fin de vie sont étudiés pour l'application PV. Ils sont équipés d’indicateurs de fin de vie et, en option, de contact de télé-signalisation.
Citel dispose également d'une gamme complète de parafoudres Type 1 (DS60VGPV) et Type 2 (DS50VGPV) pour protéger le côté DC des installations photovoltaïques. Ils assurent une protection de mode commun et différentiel et sont basés sur l'utilisation du schéma breveté « VG » (varistances haute énergie et éclateur à gaz spécifiques Citel). « Cette technologie exclusive permet d’optimiser leur comportement en vieillissement et en contrôle de fin de vie, notions essentielles en application PV », précise Christian Macanda. Ces parafoudres sont équipés d’indicateurs de fin de vie et, en option, de contact de télé-signalisation. Ils sont disponibles en standard pour des tensions DC de 500, 600, 800 et 1 000 V mais aussi en 1 500 V, tension maximale utilisée sur les futures installations PV.
