Protection contre les surtensions côté CA : Le parafoudre

Définitions

Un parafoudre est un dispositif de protection des équipements électriques contre les surtensions transitoires. Ces surtensions peuvent avoir deux origines :
  • Surtensions de foudre : ces surtensions sont indirectement produite par l’impact de la foudre à un endroit donnée pouvant se situé à 10 km de l’installation électrique.
  • Surtensions industrielles : elles sont liées à des manœuvres industrielles du type commutation de contacts, allumage de lampes à sodium, fonctionnement de thyristors, démarrage de moteur.
Une protection systématique contre les surtensions est donc recommandée pour tout type d'installation électrique (dont photovoltaïque), comme en témoignent de nombreuses destructions ou pannes récurrentes inexpliquées de matériels d'exploitation.

Fonctionnement d’un parafoudre

En l’absence de surtension, le parafoudre a une impédance très élevée. Il est sans effet sur l’installation.

En fonctionnement, le parafoudre s’amorce et écoule vers la terre des courants de chocs élevés pendant toute la durée de la perturbation électrique. Il limite ainsi la surtension aux bornes des récepteurs.

La fin de vie d’un parafoudre est signalée par un voyant.

ATTENTION : L’écoulement d’une surtension à la terre provoquera un différentiel de courant entre la phase et le neutre. Ainsi, cela peut déclencher le(s) dispositif(s) différentiel(s). Ainsi, il convient de choisir un dispositif différentiel de type S (sélectif) permettant d’assurer une continuité du service.


Par ailleurs, il convient de distinguer deux types de surtensions dans une installation électrique :
  • Surtensions de mode commun : Ces surtensions apparaissent entre chaque conducteur actif et le PE. Une protection parafoudre dite en mode commun est alors requise.
  • Surtensions de mode différentiel : Ces surtensions apparaissent entre les conducteurs actifs (phase et neutre, phase et phase). Une protection parafoudre dite en mode différentiel est alors requise.


Rappel : PE

Le PE est l’abréviation anglaise de « Protection Earth ». En français, cela signifie « Terre de Protection ».

Il s’agit plus communément de l’ensemble constitué des câbles de terre relié au piquet de terre. La jonction (ou la mise en parallèle) des PE est effectuée par des répartiteurs de terre.

Le conducteur de terre PE est repérable par sa double coloration vert et jaune.
Effet directe de la foudre

Un parafoudre ne protège pas contre la foudre mais plutôt contre les effets indirects de la foudre.

Afin de se protéger contre l’effet direct de la foudre, c’est-à-dire l’impact de la foudre, le seul moyen efficace est la mise en place d’un paratonnerre.


Choix des parafoudres côté CA

Les parafoudres installés sur la partie CA de l’installation photovoltaïque doivent être conformes à la NF EN 61643-11 (remplace la norme NF C 61-740). Le choix des parafoudres est détaillé dans le guide de l’UTE C15-443.

Le choix d’un parafoudre se fait à partir du niveau d’exposition du site aux surtensions et de la nature des équipements à protéger. Ce risque s’évalue notamment grâce à la densité de foudroiement du lieu considéré.

Densité de foudroiement

La densité de foudroiement, noté Ng, définit le nombre d’impact de foudre par an et par km², dans une région.

La densité de foudroiement ne doit pas être confondue avec le niveau kéraunique (noté Nk) et qui définit le nombre de jour d’orage par an dans une région.

La densité de foudroiement et le niveau kéraunique sont des données expérimentales. On admet que ces deux grandeurs sont liées par la relation suivante : Ng = Nk/10.


Le guide de l’UTE C15-712-1 donne le niveau kéraunique Nk en France :

carte des niveaux kérauniques Nk
La densité de foudroiement Ng se calcule alors simplement par la relation Ng = Nk/10.

Côté CA et conformément au paragraphe 13.2.1 du guide de l’UTE C15-712-2, « la protection par parafoudre est obligatoire en présence de paratonnerre ou lorsque la densité de foudroiement (Ng) est supérieure à 2,5 ».

Emplacement des parafoudres CA

Côté CA d’une installation photovoltaïque, on installera une protection parafoudre en tête, c’est-à-dire directement en aval de l’AGCP, afin de protéger l’ensemble de l’installation. Lorsque ce parafoudre est situé à plus de 10 mètres de l’onduleur un second parafoudre doit être installé à proximité de celui ci.

Côté CA d’une installation photovoltaïque, le Schéma de Liaison à la Terre (SLT) est de type TT. De ce fait, les parafoudres se connectent entre phase et PE et aussi entre neutre et PE, ainsi qu’illustré ci-dessous :

Câblage des parafoudres CA


La configuration ci-dessus permet de protéger l’installation contre les surtensions en mode commun mais pas en mode différentiel.

Protection en mode différentiel

Dans le cas des Schémas de Liaison à la Terre de type TT, telle que la partie CA d’une installation photovoltaïque, des surtensions en mode différentiel peuvent apparaître. Ainsi, il est recommandé de mettre en place une protection parafoudre en mode différentiel. Pour cela, deux solutions sont possibles :
  • Utiliser des parafoudres unipolaires supplémentaires à ceux utilisés pour le mode commun et les raccorder entre chaque phase et le neutre
  • Utiliser des parafoudres possédant à la fois une protection en mode commun et en mode différentiel intégré


Le PE est connecté à un répartiteur de terre. Le parafoudre doit être câblé au plus proche des circuits à protéger. Le guide de l’UTE C 15-443 prévoit une longueur de 50 cm maximum entre le point de raccordement du parafoudre au conducteur actif et le répartiteur de terre :

Règle des 50 cm pour les parafoudres CA



Pages d'intérêt :