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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Dispositifs annexes et accessoires de parafoudres5. Mise en œuvre et installation des parafoudres
5.1 Distance de protection
En cas de chocs de foudre ou de manœuvre, du fait des phénomènes de propagation propres aux surtensions transitoires, deux points d'un même conducteur peuvent ne pas être au même potentiel. Il est donc illusoire d'imaginer une protection globale d'un réseau uniquement en installant quelques parafoudres, par exemple en certains nœuds du réseau.
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La protection offerte par un parafoudre est très locale. Ainsi, il ne suffit pas de connaître le niveau de protection du parafoudre pour connaître la surtension effectivement appliquée au matériel à protéger.
Les connexions au réseau et à la terre du parafoudre présentent une inductance linéique de l'ordre de 1 μH/m dont il faut tenir compte dans le calcul du niveau de protection. Ainsi, il faut ajouter environ 5 à 10 kV par mètre de connexion à la tension résiduelle pour des ondes de foudre typiques.
Par ailleurs, l'onde incidente, limitée par le parafoudre dès qu'elle l'a atteint, se propage à l'intérieur du poste électrique, s'amplifie sur les extrémités ouvertes et provoque des résonances entre les matériels présentant de fortes capacités localisées (transformateur, par exemple) et les inductances des connexions et des jeux de barres. Ce phénomène est tout particulièrement marqué pour les parafoudres à oxyde de zinc, en raison de leurs caractéristiques électriques non linéaires. En effet, lorsqu'ils fonctionnent, ils transforment la surtension incidente en une onde assimilable à un échelon de tension qui vient directement exciter les circuits résonnants formés, par exemple, par le transformateur à protéger et l'inductance de la liaison entre le transformateur et le parafoudre. Pour limiter ces phénomènes, il faut réduire l'inductance, donc réduire la longueur de cette connexion. Enfin, la configuration du réseau, en particulier lorsqu'un appareil à protéger est alimenté par deux jeux de barres, peut limiter l'éloignement maximal des parafoudres à quelques mètres. Si la surtension provient du coté où ne sont pas installés les parafoudres, intervient sa vitesse de propagation et la raideur de son front. Il faut que le temps (qui ne dépend que de la raideur du front) pour que la surtension aux bornes de l'objet à protéger atteigne la valeur de tenue soit supérieur au temps de propagation de l'onde jusqu'au parafoudre, ce qui définit son éloignement maximal.
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Mise en œuvre et installation 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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