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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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.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1996 par Frédéric MACIELA, Alain ROUSSEAU, Isabelle HENNEBIQUE
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Parafoudres à oxyde de zinc2. Parafoudres au carbure de silicium et à éclateurs
Moyennant un coût beaucoup plus élevé [en HTA (20 kV) rapport d'environ 3 et en HTB (400 kV) rapport de 100], le parafoudre permet d'éviter la plupart des inconvénients inhérents au principe de l'éclateur.
Ses avantages sur l'éclateur sont :
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une dispersion beaucoup moins grande de la tension d'amorçage ;
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une extinction spontanée de l'arc ;
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une tension aux bornes du parafoudre, dite tension résiduelle, non nulle après amorçage, évitant ainsi la transmission d'une onde de tension coupée ;
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une insensibilité (jusqu'à un certain point) aux agressions extérieures.
2.1 Parafoudre moyenne tension (HTA)
Ce parafoudre est constitué d'une ou plusieurs varistances, ou résistances non linéaires, au carbure de silicium, associées en série avec un ou plusieurs éclateurs (figure 1). L'ensemble est placé dans une enveloppe isolante étanche remplie d'un gaz sec (air ou azote). L'étanchéité est primordiale pour éviter la corrosion des éclateurs, les contournements de la partie active et la modification des caractéristiques. En subdivisant l'intervalle d'amorçage en plusieurs éclateurs élémentaires, on stabilise les caractéristiques d'amorçage du parafoudre.
Les éclateurs sont constitués de disques de laiton emboutis, empilés et séparés par de petites pièces isolantes en céramique.
Les résistances variables sont constituées de grains de carbure de silicium agglomérés par un liant et pressés sous forme de disques dont les faces parallèles sont métallisées et le pourtour recouvert d'un revêtement isolant destiné à éliminer les contournements.
HAUT DE PAGE2.1.2 Principe de fonctionnement
En fonctionnement normal, les éclateurs ne sont pas conducteurs. Lorsque survient une surtension supérieure au niveau d'amorçage (figure ...
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Parafoudres au carbure de silicium et à éclateurs
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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