Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Frédéric MACIELA : Ingénieur de l'École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Ingénieur de l'École Supérieure d'Électricité (SUPELEC) en Informatique Avancée - Ingénieur-chercheur au Laboratoire de Matériels Électriques à la Division Recherche et Développement d'Électricité de France (EDF R&D)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les dispositifs de protection des réseaux électriques à courant alternatif contre les surtensions sont généralement de deux types : l'éclateur et le parafoudre.
L'éclateur est encore utilisé sur les réseaux de distribution et de transport d'électricité, partout où l'isolation des matériels à protéger est compatible avec la protection fournie par les éclateurs, c'est-à-dire lorsqu'il s'agit d'isolation dans l'air ou de matériels pour lesquels il n'est pas économiquement intéressant de rechercher de très bas niveaux d'isolement : matériels à haute tension HTA ou moyenne tension (20 kV) et certains matériels à haute tension HTB (63 ou 90 kV) tels que, par exemple, les réducteurs de mesure.
Il est nécessaire, en revanche, d'utiliser des parafoudres dès que l'on veut réduire l'isolement des matériels, renforcer leur protection vis-à-vis des surtensions ou améliorer la qualité du service. Ces dispositifs présentent de meilleures caractéristiques de protection, moyennant toutefois un coût plus élevé. Il existe deux types principaux de parafoudres :
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l'un, dont la partie active est constituée d'éclateurs et de varistances au carbure de silicium (SiC), est appelé dans la suite du texte parafoudre au carbure de silicium et à éclateurs ;
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l'autre, dont la partie active est constituée uniquement de varistances à base d'oxyde de zinc (ZnO), est dénommé parafoudre à oxyde de zinc.
Ce dernier, apparu au début des années soixante-dix, est devenu très séduisant, dans un premier temps, en haute tension, puis, assez rapidement, en moyenne tension. Sauf très rares exceptions, le marché des parafoudres n'est aujourd'hui plus constitué que des parafoudres à oxyde de zinc.
Ces parafoudres sont, en effet, plus compacts, de conception plus simple, offrent des caractéristiques techniques supérieures et permettent d'envisager de nouvelles applications. Leur coût est maintenant très compétitif. Enfin, signalons que les progrès technologiques dans le domaine des isolations externes, associés aux nouvelles perspectives de mise en œuvre des varistances ZnO, ont permis, dès le début des années quatre-vingt, le développement d'une nouvelle génération de parafoudres, visant à mieux exploiter les avantages de la technologie ZnO. Il s'agit des parafoudres à oxyde de zinc à enveloppe en matériau synthétique.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1996 par Frédéric MACIELA, Alain ROUSSEAU, Isabelle HENNEBIQUE
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Mise en œuvre et installation des parafoudres4. Diagnostic des parafoudres
4.1 Champ d'application
L'âge moyen du parc des parafoudres au carbure de silicium dépasse maintenant bien souvent les 30 ans, et ils sont progressivement retirés du réseau au profit de l'installation de parafoudres à oxyde de zinc. Les meilleures caractéristiques de protection apportées par ces derniers ont également accéléré ce renouvellement.
Par conséquent, la problématique de diagnostic des parafoudres ne concerne aujourd'hui plus que les parafoudres à oxyde de zinc.
4.2 Mécanismes de dégradation
La dégradation des varistances à oxyde de zinc peut intervenir dans différentes conditions :
-
le vieillissement naturel du matériau ;
-
le vieillissement accéléré en présence d'une température ou d'une tension élevées ;
-
l'application de chocs de courant de forte énergie, etc.
Ce phénomène se traduit, de façon plus ou moins marquée, par la modification des caractéristiques électriques, et en particulier par une évolution du courant de fuite sous la tension de service permanent. Le parafoudre peut intrinsèquement se dégrader, comme par exemple une perte d'étanchéité, et l'humidité en modifier les caractéristiques d'isolement.
Le schéma électrique simplifié équivalent d'une varistance ZnO est constitué d'une capacité en parallèle avec une résistance variable. Le courant de fuite total est donc la somme d'un courant capacitif, en avance de phase de 90° sur la tension, et d'un courant résistif, en phase avec la tension. Dans les conditions normales d'utilisation, c'est-à-dire sous la tension de service permanent, et pour un parafoudre en bon état, l'amplitude de la composante capacitive est comprise entre 0,5 et 3 mA crête, alors que l'amplitude de la composante résistive varie entre 25 et 150 μA crête (figure 13a).
Que la dégradation du parafoudre soit due à un vieillissement prématuré des varistances ou à une introduction d'humidité, le processus de dégradation commence par l'augmentation progressive de la composante résistive du courant de fuite (figure ...
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Diagnostic des parafoudres
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Varistance à base d'oxyde de zinc - . Revue Générale d'Électricité, no 9, oct. 1986.
-
(2) - HENNEBIQUE (I.), ROUSSEAU (A.), VICAUD (A.) - Connaissance et application des parafoudres à oxyde de zinc. Incidence sur la coordination des isolements - . CIGRE Session 86, article 33-10.
-
(3) - LOUIS (M.), VITET (S.), SCHEI (A.), LUNDQUIST (J.), STENSTROM (L.) - Comportement thermique des parafoudres à oxyde de zinc en milieu pollué - . CIGRE Session 92, article 33-208.
-
(4) - MACIELA (F.) - Energetic design and EDF distribution network experience of MV metal oxide surge arresters - . CIGRE SC 33.95 (Coll) IWD, article 1.20.
-
(5) - DUCREUX (J.-P.), MARQUES (G.), MACIELA (F.) - Electro-thermal behaviour of metal oxide surge arresters: numerical modeling by resolution of Maxwell's equation in a nonlinear complex permittivity dielectric - . ISH 1997.
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Livres et revues
Surges in high voltage networks - . Compilé par Klaus RAGALLER Plenum Publishing Corporation, 1979.
GARY (C.) - Les propriétés diélectriques de l'air et les très hautes tensions - . Direction des Études et Recherches d'Électricité de France, Eyrolles, 1984.
Guides de l'ingénierie électrique des réseaux internes d'usine - . Technique et documentation, Lavoisier, 1985.
Guide d'application des parafoudres aux réseaux de distribution - . Préparé par Ontario Hydro, Association Canadienne de l'Électricité, sept. 1988.
Parafoudres à oxyde métallique dans les réseaux alternatifs - . Publication CIGRE, no 60, Groupe de travail 06 du Comité d'Études 33, avril 1991.
SCHMITT (A.) - DEFLANDRE (Th.) - Les surtensions et les transitoires rapides de tension, en milieux industriel et tertiaire - . Direction...
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