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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Diagnostic des parafoudres3. Parafoudres à oxyde de zinc
C'est au cours des années soixante que des varistances constituées d'une céramique à base d'oxyde de zinc sont apparues sur le marché pour la protection des circuits électroniques.
Dès 1970, des constructeurs se sont lancés dans la mise au point de parafoudres utilisant ces céramiques. Pour l'électrotechnicien, ces composants présentent deux avantages essentiels :
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d'une part, ils ont un coefficient de non-linéarité si important que l'on peut en faire des parafoudres sans éclateurs, dont la partie active reste sous tension en permanence ;
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d'autre part, leur capacité d'absorption d'énergie est élevée et on peut les utiliser sur tous les réseaux, de l'électronique jusqu'au transport d'énergie à très haute tension (225 ou 400 kV), aussi bien pour la protection des équipements vis-à-vis des surtensions d'origine atmosphérique (foudre), que vis-à-vis des surtensions lentes, dites de manœuvre, si l'application l'exige.
Par ailleurs, le temps de réponse des varistances à oxyde de zinc est très court (quelques dizaines à quelques centaines de nanosecondes au maximum), ce qui rend possible leur utilisation pour la protection de systèmes face à des surtensions transitoires à front très raide.
3.1 Constitution
Alors que la technologie des parafoudres à éclateurs dépend fortement du niveau de tension considéré, ces nouveaux composants sont, de la moyenne tension aux plus hautes tensions, constitués simplement d'un empilage de résistances non linéaires à oxyde de zinc. Parfois, mais uniquement pour les très hautes tensions, ils comportent quelques capacités additionnelles placées en parallèle sur les varistances à la partie supérieure des parafoudres et destinées à améliorer la répartition de tension le long de la colonne de varistance. Le tout est placé dans une enveloppe étanche et isolante généralement en porcelaine ou en matériau synthétique.
Cette simplicité de constitution n'est pas pour autant synonyme de facilité de construction.
La fabrication des céramiques requiert, en effet, beaucoup de soin et de savoir-faire,...
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Parafoudres à oxyde de zinc
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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