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n° 151 surtensions et coordination de l'isolement D. Fulchiron Sorti de l'Ecole Supérieure d'Electricité en 1980, il rejoint Merlin Gerin en 1981 et travaille à la Station d'Essais à Grande Puissance (VOLTA) jusqu'en 1987. Il intègre ensuite le service technique de la Division Moyenne Tension dans lequel il est actuellement chef de projet. Impliqué dans les études de matériels de distribution secondaire, il a été amené à approfondir le domaine de la coordination de l'isolement. L’auteur remercie : Florence Bouchet Etudiante à l’école Supelec qui a participé en tant que stagiaire à la réalisation de ce document. Jean Pasteau Membre de la Direction Technique, qui a apporté ses connaissances d’expert participant à la révision de la norme CEI 71. CT 151 édition décembre 1992

Sur Tension

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n° 151surtensions etcoordinationde l'isolement

D. Fulchiron

Sorti de l'Ecole Supérieured'Electricité en 1980, il rejointMerlin Gerin en 1981 et travaille à laStation d'Essais à Grande Puissance(VOLTA) jusqu'en 1987.Il intègre ensuite le servicetechnique de la Division MoyenneTension dans lequel il estactuellement chef de projet.Impliqué dans les études dematériels de distribution secondaire,il a été amené à approfondir ledomaine de la coordination del'isolement.

L’auteur remercie :

Florence BouchetEtudiante à l’école Supelec qui aparticipé en tant que stagiaire à laréalisation de ce document.

Jean PasteauMembre de la Direction Technique,qui a apporté ses connaissancesd’expert participant à la révision dela norme CEI 71.

CT 151 édition décembre 1992

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.3

surtensions et coordination de l’isolement La coordination de l’isolement est unediscipline qui permet de réaliser lemeilleur compromis technico-économique dans la protection despersonnes et des matériels contre lessurtensions pouvant apparaître sur lesinstallations électriques, que cessurtensions aient pour origine le réseauou la foudre.Elle participe à l’obtention d’une grandedisponibilité de l’énergie électrique.Elle est d’autant plus utile qu’elleconcerne des réseaux de tensionsélevées. Pour maîtriser la coordinationde l’isolement il est nécessaire : de connaître le niveau dessurtensions pouvant exister sur leréseau, d’utiliser les bonnes protectionsquand cela est nécessaire, de choisir le niveau de tenue auxsurtensions des divers composants duréseau, parmi les tensions d’isolementpermettant de satisfaire les contraintesdéterminées.Ce cahier technique a pour but de fairemieux connaître les perturbations detension, les moyens de les limiter ainsique les dispositions normatives pourpermettre une distribution sûre etoptimisée de l’énergie électrique, celagrâce à la coordination de l’isolement.Il traite essentiellement du domaine MT(HTA) et HT (HTB).

sommaire

1. Les surtensions Surtensions à fréquence p. 4industrielleSurtensions de manœuvre p. 6Surtensions atmosphériques p. 8

2. La coordination de l’isolement Définition p. 11Distance d’isolement et tenue p. 11en tensionTensions de tenue p. 12Principe de la coordination de p. 12l’isolement

3. Les dispositifs de protection Les éclateurs p. 14contre les surtensions Les parafoudres p. 154. Dispositions normatives La coordination de l’isolement p. 17 et coordination de l’isolement. en HT selon CEI 715. Coordination appliquée à la Conséquences d’un claquage p. 20conception des installations électriques Réduction des risques et p. 20

des niveaux de surtensions6. Conclusion p. 21Annexe 1 : propagation des surtensions p. 21Annexe 2 : installation d’un parafoudre Distance maximale de protection p. 22

Câblage des parafoudres p. 23Annexe 3 : les normes électriques p. 23Annexe 4 : bibliographie p. 24

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1. les surtensions

par rapport à la terre, à la tension simpledu réseau.L’équation ci-après permet de calculerSd :

Sd =3(k2 + k + 1)

k + 2

avec k = XoXd

Xd étant la réactance directe du réseauvu du point de défaut, et Xo laréactance homopolaire.A noter que : si le neutre est parfaitement isolé,soit Xo = ∞ : Sd = 31/2 = 3 . si la mise à la terre du neutre estparfaite soit Xo = Xd : Sd = 1. si, comme dans le cas général,Xo ≤ 3Xd : Sd ≤ 1,25.

Ce sont des perturbations qui sesuperposent à la tension nominaled’un circuit. Elles peuvent apparaître : entre phases ou entre circuitsdifférents, et sont dites de modedifférentiel, entre les conducteurs actifs et lamasse ou la terre et sont dites demode commun.Leur caractère varié et aléatoire lesrend difficiles à caractériser etn’autorise qu’une approche statistiqueen ce qui concerne leur durée, leursamplitudes et leurs effets. Le tableaude la figure 1 présente les principalescaractéristiques de ces perturbations.En fait, les risques se situentessentiellement au niveau desdysfonctionnements, de la destructionde matériel et, en conséquence, de lanon continuité de service. Ces effetspeuvent apparaître sur les installationsdes distributeurs d’énergie ou sur lesinstallations des utilisateurs.Les perturbations peuvent conduire à : des interruptions courtes(réenclenchements automatiques surles réseaux de distribution publique MTpar lignes aériennes), des interruptions longues(intervention pour changementd’isolants détruits, voire remplacementde matériel).Des appareils de protection permettentde limiter ces risques. Leur mise enœuvre nécessite l’élaboration réfléchiede niveaux cohérents d’isolement et deprotection. Pour cela, la compréhensionpréalable des différents types desurtension est indispensable, c’estl’objet de ce chapitre.

surtensions à fréquenceindustrielleSous cette appellation de fréquenceindustrielle sont regroupées lessurtensions ayant des fréquencesinférieures à 500 Hz.Rappel : les fréquences industrielles lesplus fréquentes sont : 50, 60 et 400 Hz.

fig. 2 : surtension temporaire sur un réseau à neutre isolé de la terre, en présence d’un défautd’isolement.

Surtension provoquée par un défautd’isolement (cf. fig. 2)Une surtension due à un défautd’isolement apparaît sur un réseautriphasé, lorsque le neutre est isolé ouimpédant.En effet, lors d’un défaut d’isolemententre une phase et la masse ou la terre(blessure d’un câble souterrain, miseà la terre d’un conducteur aérien pardes branchages, défaut dans unéquipement…), la phase concernée estmise au potentiel de la terre et les deuxautres sont alors soumises, par rapport àla terre, à la tension composéeU = V. 3De façon plus précise, lors d’un défautd’isolement sur la phase A, un facteurSd de défaut à la terre est défini par lerapport de la tension des phases B et C

VCVB

VA

C

VAT

VBT

VCTdéfaut à la terre

BA

T

la tension phase-terre des phases sainesest portée à la valeur de la tensioncomposée : VBT = 3 . VBNVCT = 3 . VCN

N

T

fig. 1 : caractéristiques des différents types de surtensions.

type de coefficient de durée raideur amortissementsurtension surtension du front(cause) MT-HT fréquence

à fréquence ≤ 3 longue fréquence faibleindustrielle > 1 s industrielle(défaut d'isolement)

de manœuvre 2 à 4 courte moyenne moyen(interruption de 1 ms 1 à 200 kHzcourt-circuit)

atmosphérique > 4 très courte très élevée fort(coup de foudre direct) 1 à 10 µs 1000 kV/µs

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.5

Surtension sur une longue ligne àvide (effet Ferranti)Une surtension peut se produirelorsqu’une ligne longue est alimentée àl’une de ses extrémités et non chargéeà l’autre. Elle est due à un phénomènede résonance qui se manifeste par uneonde de tension à croissance linéaire lelong de la ligne.En effet, avec L et C désignant respectivementl’inductance et la capacité totale de laligne ; Us et Ue étant les tensions àl’extrémité ouverte et à l’entrée de laligne, le facteur de surtension est égal à:

UsUe

= 1

1− 1 . L .C . ω2

2

Ce facteur de surtension est de l’ordrede 1,05 pour une ligne de 300 km et de1,16 pour une ligne de 500 km. Cesvaleurs sont sensiblement les mêmespour les lignes HT et THT.Ce phénomène se produit en particulierlorsqu’une ligne longue estbrusquement déchargée.

Surtension par ferrorésonanceLa surtension est alors le résultat d’unerésonance particulière qui se produitlorsqu’un circuit comporte tout à la foisun condensateur (volontaire ouparasite) et une self avec circuitmagnétique saturable (untransformateur par exemple). Cetterésonance peut apparaître surtoutlorsqu’une manœuvre (ouverture oufermeture d’un circuit) est réalisée surle réseau avec un appareil dont lespôles sont séparés ou àfonctionnement non simultané.Le circuit représenté par le schéma dela figure 3, avec en série uneinductance à noyau saturable L et lacapacité du réseau C, facilite lacompréhension du phénomène. Il estalors possible de dessiner les troiscourbes : Uc = f(i), UL = f(i)puis (UL - 1 / C . ω . i) = f(i) ; la première est une droite de pente1 / C . ω, la seconde présente un coude desaturation, et la dernière permet de visualiserdeux points de fonctionnement (O et B)pour lesquels la tension aux bornes del’ensemble LC est nulle et deux autres

sont susceptibles d’endommager queles matériels fragiles. C’est auconcepteur de matériel d’évaluer et delimiter ce risque.

Notes :La ferrorésonance, dépendant deL variable, peut se produire pour unelarge bande de fréquence.Une démonstration analogue peut êtreréalisée dans un cas de résonanceparallèle.Une charge connectée au circuit joue lerôle de résistance d’amortissement etempêche le maintien dans lesconditions de résonance.

fig. 3 : principe de la ferrorésonance.

points de fonctionnement stables M etP ; N est un point d’équilibre instable.Les tensions aux bornes de L et de C(point P) sont élevées. Le passage deM vers P peut n’être dû qu’à untransitoire qui augmentemomentanément la tension e à unevaleur supérieure à E.Ces surtensions (cf. diagramme de lafigure 3), font apparaître un risque declaquage diélectrique, ainsi qu’undanger pour les éventuels récepteursen parallèle sur C. Mais généralement,les puissances mises en jeu sont assezréduites (1/2 C . V2 avec C faible), et ne

schéma diagramme

L

C

e

i

e

iC.ω

L.ω.i

u

B

e

O

M N P

i

iC.ω

- L'.ω.i

UL = L'.ω.i

E

ic.ωUc =

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.6

parasites ou volontaires, des courantsoscillatoires (cf. fig. 4) dont lafréquence est élevée : l’amplitude deces courants peut devenir nonnégligeable devant le courant 50 Hz etatteindre 10 % de sa valeur.La superposition du courant 50 Hz etde ce courant haute fréquence dans ledisjoncteur va entraîner l’existence deplusieurs passages à zéro du courant,au voisinage du zéro de l’ondefondamentale (cf. fig. 5).Le disjoncteur, peu sollicité par cescourants de faibles valeurs, est souventcapable de couper au premier zéro decourant qui se présente. A cet instant,les courants dans les circuits dugénérateur et de la charge ne sont pasnuls. La valeur instantanée i de l’onde50 Hz lors de l’extinction de l’arc estdite «courant arraché». En fonction de

la nature des impédances mises en jeu,résistives ou inductivesessentiellement, l’énergie piégée dansle circuit diffère.Dans le cas de petits courants inductifs,(cf. fig. 4), nous avons une chargeprésentant une inductance élevée qui,à l’instant d’extinction de l’arc, aura uneénergie donnée par :

12

. L2 . I2

Le circuit L2 C2 se retrouve en régimed’oscillations libres, peu amorti, et lavaleur crête V de la tension quiapparaîtra aux bornes de C2 estapprochée par l’hypothèse deconservation d’énergie :

12

. L2 . l 2 = 12

. C2 . V2

fig. 5 : superposition d’un courant oscillant à fréquence élevée au courant à fréquenceindustrielle.

surtensions de manœuvreLa modification brusque de la structured’un réseau électrique provoquel’apparition de phénomènestransitoires. Ceux-ci se traduisentsouvent par la naissance d’uneonde de surtension ou d’un traind’ondes haute fréquence de typeapériodique ou oscillatoire àamortissement rapide.

Surtension de commutation encharge normaleUne charge «normale» estessentiellement résistive, c’est-à-direque son facteur de puissance estsupérieur à 0,7.Dans ce cas, la coupure oul’établissement des courants de chargene posent pas de problème majeur.Le coefficient de surtension (rapportde l’amplitude de la tension transitoireet de la tension de service) varieentre 1,2 et 1,5.

Surtensions provoquées parl’établissement et l’interruption depetits courants inductifsCe type de surtension a troisphénomènes générateurs :l’arrachement du courant, leréamorçage et le préamorçage.Le schéma de la figure 4 représente unréseau alimentant une charge à traversun disjoncteur et comporte : une source de tension sinusoïdaled'inductance L1 et de capcité C1, un disjoncteur D, non dissociablede ses éléments parasites Lp1 et Cp1, une charge inductive L2 dont on nepeut ignorer la capacité répartiesymbolisée par un condensateur C2, enfin, une inductance de ligne L0,généralement négligeable.

arrachement du courantLors de la coupure de courants defaibles valeurs, notablement inférieursau courant nominal du disjoncteur, l’arcqui apparaît occupe un faible volume. Ilest soumis à un refroidissementimportant lié à la capacité dudisjoncteur à interrompre des courantstrès supérieurs.De ce fait, il devient instable et satension peut présenter des variationsrelatives importantes, alors que savaleur absolue reste très inférieure à latension du réseau (cas du SF6 oudu vide).Ces variations de f.e.m. peuventgénérer dans les capacités proches,

première boucle d'oscillation parallèle

deuxième boucle d'oscillation

L1

C2

Cp1Lp1

C1

L0

L2

D

fig. 4 : circuit équivalent pour l’étude des surtensions provoquées par l’interruption de courantsinductifs où :Cp1 : capacité du disjoncteur,Lp1 : inductance du disjoncteur.

courant dansle disjoncteur

onde 50Hz

extinctionpossible

courant«arraché»

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.7

correspond à la réapparition d’uneonde de courant à fréquenceindustrielle et donc à un échec de lacoupure sur le zéro de l’onde decourant.

le préamorçage.Lors de la fermeture d’un appareil(interrupteur, contacteur ou disjoncteur)il arrive un instant où la tenuediélectrique entre contacts devientinférieure à la tension appliquée. Pourles appareils à fermeture rapide, parrapport au 50 Hz, le comportement estfonction de l’angle de phase lors de lamanœuvre.Un arc s’établit alors entre les contactset le circuit voit une impulsion detension correspondant à l’annulationbrutale de la tension aux bornes del’appareil. Cette impulsion peutentraîner l’oscillation des circuitsparallèles existants (déchargeoscillante des capacités parasites) ainsique des réflexions sur des rupturesd’impédance, et donc l’apparition decourants de fréquence élevée, parrapport au 50 Hz, au travers de l’arc.Si la manœuvre de l’appareil est lente,par rapport à ce phénomène, on peutobtenir des passages par zéro ducourant d’arc par superposition ducourant haute fréquence et du courant50 Hz naissant.L’extinction éventuelle de l’arc, enfonction des caractéristiques del’appareillage, va alors entraîner uncomportement analogue à celui décritlors des phénomènes précédents.Toutefois, la tenue diélectrique entrecontacts diminuant au fur et à mesurede la fermeture, les surtensionssuccessives décroissent jusqu’à lafermeture complète.Ce phénomène est très complexe. Lessurtensions qui en résultent dépendent,entre autres : des caractéristiques du disjoncteur(propriétés diélectriques, aptitude àinterrompre un courant hautefréquence …), de l’impédance caractéristique descâbles, des fréquences propres du circuit decharge.D’un calcul très difficile, laprédétermination des surtensions nepeut en général pas se faire car elle faitintervenir des éléments non chiffrableset variables d’un site à l’autre, et elle

Si C2 n’est constituée que decapacités parasites par rapport auxmasses, la valeur de V peut devenirdangereuse pour les isolementsprésents dans les matériels (disjoncteurou charge).Le circuit du générateur a uncomportement équivalent, mais sa selfest généralement très inférieure et lestensions apparaissant aux bornes deC1 sont donc plus faibles.

le réamorçage.Il survient lorsque le phénomèned’arrachement précédemment expliquéa fait apparaître aux bornes dudisjoncteur une surtension différentielleque celui-ci n’a pas pu supporter : unarc se produit alors. Cette explicationgrossière est compliquée par laprésence des éléments parasitesprécédemment cités.En effet, après la coupure du courant etle réamorçage de l’arc, surviennentsimultanément trois phénomènesoscillatoires aux fréquencesrespectives : dans la boucle

D − Lp1 − Cp1 :

Fp1 = 1

2π . Lp1 − Cp1

de l’ordre de quelques MHz. dans la boucle

D − C1 − Lo − C2

Fp2 = 12π

. C1 + C2

Lo . C1 . C2

de l’ordre de 100 à 500 kHz. dans l’ensemble du circuit,

Fm = 12π

. L1 + L2

L1 . L2 . 5 (C1 + C2 )

de l’ordre de 5 à 20 kHz.Apparaissent alors des réamorçagesmultiples (hachage), jusqu’à ce quel’écartement des contacts, qui vacroissant, les rende impossibles. Ilssont caractérisés par des trains d’ondehaute fréquence d’amplitudecroissante. Ces trains de surtensionsen amont et en aval du disjoncteurpeuvent donc être très dangereux pourles matériels comportant desbobinages.Il convient de ne pas confondre avec cequi est appelé le «réallumage» qui

nécessite un modèle mathématiquepoussé de la chambre de coupure.Les surtensions de préamorçageaffectent particulièrement, en HT ouMT, les transformateurs à vide lors deleur mise sous tension, et les moteursau démarrage (cf. Cahier TechniqueMerlin Gerin n° 143).

Surtension provoquée par lesmanœuvres sur des circuitscapacitifsPar circuits capacitifs, il faut entendreles circuits constitués de batteries decondensateurs et les lignes à vide. mise sous tension de batteries decondensateurs.Lors de la mise sous tension debatteries de condensateurs, à priorisans charge initiale et dans le cas d’unappareil à manœuvre lente, unamorçage se produit entre lescontacts au voisinage de la crêtede l’onde 50 Hz.Il apparaît alors une oscillation amortiedu système LC de la figure 6. Lafréquence de cette oscillation estgénéralement nettement supérieure àla fréquence du réseau et l’oscillationde tension est sensiblement centréeautour de la valeur crête de l’onde50 Hz. La valeur de tension maxiobservée est alors de l’ordre de deuxfois la valeur crête de l’onde 50 Hz.Avec un appareil à manœuvre plusrapide, l’amorçage ne se produit passystématiquement au voisinage de lacrête, la surtension éventuelle est doncplus faible.Si une batterie de condensateurs estremise en service très peu de tempsaprès sa séparation du réseau, ellepossède une tension de chargerésiduelle de valeur comprise entrezéro et la tension crête de l’onde 50 Hz.L’amorçage entre contacts se produitau voisinage d’une crête de polarité

fig. 6 : schéma de principe d’un circuit demanœuvre de condensateurs.

L

e C

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.8

opposée (claquage sous une contraintede deux fois la tension crête).L’oscillation précédemment décrite seproduit avec une impulsion initialedoublée. La valeur de tension maxiobservée peut alors approcher trois foisla tension de crête 50 Hz.Pour des raisons de sécurité, lesbatteries de condensateurs sonttoujours équipées de résistances dedécharges permettant d’éliminer lestensions résiduelles avec desconstantes de temps de l’ordre de laminute. En conséquence, un facteur desurtension de 3 correspond à des casbien particuliers.

mise sous tension de lignes oucâbles à vide.La fermeture lente d’un appareil sur untel type de charge entraîne ici aussi unamorçage au voisinage de la crête du50 Hz, l’échelon de tension appliqué àune extrémité de la ligne ou du câbleva se propager et se réfléchir àl’extrémité ouverte (cf. annexe 1).La superposition de l’échelon incidentet de l’échelon réfléchi amène unecontrainte en tension égale à deux foisl’échelon appliqué, aux amortissementsprès, et en faisant l’hypothèse que le50 Hz est assimilable à du continu auregard de ces phénomènes.Ce type de comportement étant lié auxcapacités et selfs réparties desconducteurs considérés, les lignesaériennes présentent en plus uncouplage entre phases rendant lamodélisation assez complexe.C’est surtout dans les lignes detransport (THT) que ce phénomène deréflexion est à prendre en compte, vu lefaible écart relatif entre tension deservice et tension d’isolement. coupure de circuits capacitifs.La coupure de circuits capacitifs posegénéralement peu de difficultés. Eneffet, les capacités restant chargées àla valeur de crête de l’onde 50 Hzaprès l’extinction de l’arc au zéro decourant, la réapparition de tension auxbornes de l'appareillage se fait selonune onde à 50 Hz. Toutefois, une demi-période après la coupure, l'appareil estsoumis à une tension différentielleégale à deux fois la tension crête.S’il n’est pas à même de supportercette contrainte (ouverture encoreinsuffisante par exemple) unréallumage peut se produire. Celui-ci

fig. 7 : escalade de tension lors de la séparation d’un banc de condensateurs du réseau par unappareil à manœuvre lente.

40 personnes et de 20 000 animaux, et50 000 coupures d’électricité ou detéléphone.Les réseaux aériens sont les plusaffectés par les surtensions etsurintensités d’origine atmosphérique.Une particularité des coups de foudreest leur polarisation : ils sontgénéralement négatifs (nuage négatifet sol positif). Environ 10 % sont depolarité inverse, mais ce sont les plusviolents. A noter que le front demontée des chocs de foudre retenu parles normes, est de 1,2 µs pour latension et 8 µs pour le courant.Une distinction est souvent établieentre : le coup de foudre «direct» touchantune ligne, et le coup de foudre «indirect»tombant à proximité d’une ligne, sur unpylône métallique, ou, ce qui revient aumême, sur le câble de garde, (mis à laterre, ce câble relie les sommets despylônes, il est destiné à protéger lesconducteurs actifs des coups de foudredirects).

est suivi, sous réserve que le circuit lepermette (circuit monophasé ou àneutre relié), d’une inversion de tensionaux bornes des condensateurs lesamenant au maximum à une charge detrois fois la tension de crête (cf. fig. 7).Le courant s’interrompt à nouveau etun nouveau réallumage peut seproduire sous une valeur de cinq fois latension crête à la demi-périodesuivante.Ce comportement peut donner lieu àune escalade très importante et doitêtre évité par un choix d’appareillagepermettant de ne pas avoir deréallumage.

surtensionsatmosphériquesL’orage est un phénomène naturelconnu de tous, spectaculaire etdangereux.1 000 orages éclatent en moyennechaque jour dans le monde. Sur laFrance (cf. fig. 8), ils causent chaqueannée 10 % des incendies, la mort de

20 ms V

I

Vc

1/2 T

+5Vc

-3Vc

coupure

U,I

t

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.9

fig. 8 : niveaux isokérauniques sur la France continentale (gradué en nombre moyen annuel dejours d'orage).Source : Météorologie Nationale.

Le coup de foudre directIl se manifeste par l’injection dans laligne, d’une onde de courant deplusieurs dizaines de kA. Cette onde decourant, qui peut faire fondre desconducteurs en se propageant de partet d’autre du point d’impact (cf. fig. 9),provoque une augmentation de tensionU donnée par la formule :

U = Zc . i2

avec i le courant injecté et Zcl’impédance homopolairecaractéristique de la ligne (300 à1000 ohms).U atteint donc des valeurs de plusieursmillions de volts, ce qui n’estsupportable par aucune ligne. En unpoint de celle-ci, par exemple aupremier pylône rencontré par l’onde, latension croît jusqu’à ce que se produisele claquage de la distance d’isolement(la chaîne d’isolateurs). Suivant quel’amorçage a eu lieu ou pas (fonctionde la valeur du courant injecté dans laligne) l’onde qui continue à se propageraprès le pylône est dite coupée oupleine.Pour différentes tensions de réseau, iln’y a pas amorçage au-dessous ducourant critique indiqué par la droite dela figure 10.Pour les réseaux dont la tension estinférieure à 400 kV, pratiquementtous les coups de foudre directsentraînent un amorçage et un défaut àla terre.En fait, il est estimé que seulement 3 %des surtensions, observées sur leréseau public MT français 20 kV,dépassent 70 kV et sont doncimputables à des coups de foudredirects. De plus, du fait de l’atténuationde l’onde de tension au cours de sapropagation le long de la ligne, lessurtensions maximales (très rares) àl’entrée d’un poste ou d’un bâtimentsont évaluées à 150 kV en MT.Rappelons que la plus haute tenue auchoc de l’appareillage 24 kV est de125 kV .

Le coup de foudre indirectLorsqu’il se produit sur un support, oumême simplement à proximité d’uneligne, des surtensions importantes sontgénérées dans le réseau.Ce deuxième cas, plus fréquent que leprécédent, peut se révéler presqueaussi dangereux. si la foudre tombe sur le pylône ou lecâble de garde, l’écoulement du courant

fig. 10 : distribution statistique de l’intensitédes coups de foudre directs et intensitésminimales d’amorçage en fonction du niveaude tension du réseau.

fig 9 : lors d’un coup de foudre direct, l’ondede courant se propage de part et d’autre dupoint d’impact.

5

515

20

10

15

20

5

25

2515

25

5 10 15 20 25 30jours

30

2525

25

30

30

25

10

15

10

10

10

10

5

30

U

i/2

i/2

i

U = Zc . i/2

10

30

50

70

90

95

98

99,5

3 5 10 20 30 50

probabilité (%)

750 kV

intensité du coup de foudre (kA)

1500 kV

1100 kV

400 kV

225 kV

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.10

provoque l’augmentation du potentiel dela masse métallique par rapport à laterre (cf. fig. 11). La surtension Ucorrespondante peut atteindre plusieurscentaines de kV.

U = R . i2

+ L2

. didt

avec R, résistance en onde raide de laprise de terre et L, l’inductance dupylône et/ou du conducteur de mise à laterre.Lorsque cette tension atteint la tensiond’amorçage d’un isolateur, il se produitun «amorçage en retour» entre lastructure métallique et un ou desconducteurs actifs.Pour les tensions de réseau supérieuresà 150 kV, cet amorçage en retour estpeu probable. La qualité de la prise deterre des pylônes joue un rôle important.A partir de 750 kV, il n’y a pratiquementplus aucun risque d’amorçage en retour,ce qui justifie l’installation de câbles degarde sur les lignes à THT. En dessousde 90 kV, ces câbles ne constituent uneprotection efficace que si la prise deterre des pylônes est excellente. si la foudre tombe à proximité de laligne, l’écoulement de l’énergie vers lesol provoque une variation extrêmementrapide du champ électromagnétique. Lesondes induites sur la ligne sont similairesen forme et en amplitude à cellesobtenues par choc de foudre direct. Leurcaractéristique principale est leur fronttrès raide (de l’ordre de la microseconde), et leur amortissement(apériodique ou pas) très rapide(caractéristiques typiques de cesondes selon norme CEI 60 :durée de front de 1,2 µs et durée dequeue ≈ 50 µs). lorsque l’onde de tension résultantd’un coup de foudre traverse d’untransformateur MT/BT, la transmissionse fait essentiellement par couplagecapacitif. L’amplitude de la surtensionainsi transmise, observée sur lesecondaire du côté BT, est inférieure à10 % de ce qu’elle était du côté MT(généralement inférieure à 70 kV) . Ainsi,sur les lignes BT, lessurtensions induites sont en généralinférieures à 7 kV.Une observation statistique, retenue parle comité électrotechnique français, amontré que 91 % des surtensions chezun abonné BT ne dépassaient pas 4 kV,et 98 % 6 kV (cf. fig. 12). D’où parexemple la norme de fabrication desdisjoncteurs de branchement qui prescritune tenue à 8 kV choc.

Surtension électrostatiqueD’autres types de déchargesatmosphériques existent. En effet, si laplupart des surtensions induites sontd’origine électromagnétique, certainessont d’origine électrostatique etintéressent particulièrement les réseauxisolés de la terre.Par exemple, durant les minutes quiprécèdent un coup de foudre,lorsqu’un nuage chargé à un certainpotentiel se trouve au-dessus d’uneligne, celle-ci prend une charge de senscontraire (cf. schéma de la figure 13) .Avant que ne se produise le coup defoudre, qui permet la décharge dunuage, il existe donc entre la ligne et lesol un champ électrique E pouvantatteindre 30 kV/m sous l’effet duquel secharge le condensateur ligne/terre à unpotentiel de l’ordre de 150 à 500 kVselon la hauteur de la ligne par rapportau sol.Il en résulte des risques de claquagespeu énergétiques au niveau descomposants, les moins bien isolés, duréseau.Lors de l’amorçage entre le nuage et laterre, le champ électrique ayant disparu,les capacités se déchargent.

fig. 11 : lorsque la foudre tombe sur le câblede garde, l’écoulement du courant provoquel’augmentation du potentiel de la massemétallique du pylône par rapport à la terre.

fig. 12 : répartition statistique de l’amplitudedes surtensions atmosphériques établie àpartir de deux campagnes d’observations(183 entre 1973 et 1974, et 150 en 1975),d’où le dédoublement des courbes.

nombre desurtensions

niveaux de surtension d'origine atmosphérique

0 2 4 6 8 10-2-4-6-8-10-12

5

10

15

20

25

30

kV

fig. 13 : origine d’une surtensionélectrostatique.

U = R . i

2 +

L

2 .

di

dt

i

L

R

i/2U

+

- -

+ +

E

-+++

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.11

fig. 15 : distance dans l’air et ligne de fuite.

2. la coordination de l’isolement

Avant d’aborder les différentessolutions techniques (méthodes etmatériels) il importe de rappeler ce quesont une distance d’isolement et unetension de tenue.

Les premiers réseaux électriques(Grenoble-Jarrie 1883) étaienttechnologiquement très rudimentaireset à la merci des conditionsatmosphériques comme le vent ou lapluie : le vent, en faisant varier les distancesentre les conducteurs, était à l’origined’amorçages, la pluie favorisait les fuites de courantà la terre.Ces problèmes ont conduit à : utiliser des isolateurs, déterminer des distancesd’isolement, relier les masses métalliques desappareils à la terre.

définitionLa coordination de l’isolement a pourrôle de déterminer les caractéristiquesd’isolement nécessaires et suffisantesdes divers constituants des réseaux envue d’obtenir une tenue homogène auxtensions normales, ainsi qu’auxsurtensions de diverses origines(cf. fig.14). Son but final est depermettre une distribution sûre etoptimisée de l’énergie électrique.Par optimiser, il faut comprendrerechercher le meilleur rapportéconomique entre les différentsparamètres dépendant de cettecoordination : coût de l’isolement , coût des protections, coût des défaillances (perted’exploitation et réparation)compte-tenu de leurs probabilités.S’affranchir des effets néfastes dessurtensions suppose une premièredémarche : s’attaquer à leursphénomènes générateurs, tâche quin’est pas toujours simple. En effet si, àl’aide de techniques appropriées, lessurtensions de manœuvre del’appareillage peuvent être limitées, ilest impossible d’agir sur la foudre.Il est donc nécessaire de localiser lepoint de plus faible tenue par lequels’écoulera le courant engendré par lasurtension, et de doter tous les autreséléments du réseau d’un niveau detenue diélectrique supérieur.

distance d’isolement ettenue en tensionDistance d’isolementCette appellation regroupe deuxnotions, l’une de «distance dans les gaz(air, SF6, etc. ...)» et l’autre de «lignede fuite» des isolants solides (cf. fig.15): la distance dans les gaz est le pluscourt chemin entre deux partiesconductrices. la ligne de fuite est également le pluscourt chemin entre deux conducteurs,mais suivant la surface externe d’unisolant solide (on parle decheminement).Ces deux distances sont directementliées au souci de protection contre lessurtensions, mais leurs tenues ne sontpas identiques.

Tenue en tensionElle diffère, en particulier, suivant letype de surtension appliquée (le niveaude tension, le front de montée, lafréquence, la durée ...).De plus, les lignes de fuite peuvent êtresujettes à des phénomènes devieillissement, propres à la matièreisolante considérée, entraînant unedégradation de leurs caractéristiques.

fig. 14 : différents niveaux de tensionsprésents sur des réseaux MT-HT.

coefficient desurtension

types de surtension

de foudre

électrostatiques

de manœuvre

à fréquence industrielle

2 à 4

3

1

> 4

4

ligne de fuite

distancedans l'air

distancedans l'air

Page 12: Sur Tension

Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.12

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7

2 mmtension disruptive (kV crête)

pression absolue (bar)

SF6

air

50Hz

Les facteurs influents sontprincipalement : les conditions d’environnement(humidité, pollution, rayonnement UV), les contraintes électriquespermanentes (valeur locale du champélectrique).La tenue des distances dans les gazest également fonction de la pression : variation de la pression de l’air avecl’altitude, variation de la pression deremplissage d’un appareil.

tension de tenueDans les gaz la tension de tenue d’unisolement est une fonction fortementnon-linéaire de la distance. Parexemple, dans l’air, une contrainte detension efficace de 300 kV/m estadmissible au-dessous de 1 m, maiselle peut être réduite à 200 kV/m entre1 et 4 m, et à 150 kV/m entre 4 et 8 m.Il faut aussi noter que cette distancen’est pratiquement pas modifiée par lapluie.Ce comportement macroscopique estdû à l’inhomogénéité du champélectrique entre des électrodes deforme quelconque et non pas auxcaractéristiques intrinsèques des gaz.Il ne serait pas observé entre desélectrodes planes de taille «infinies»,(champ homogène).Les lignes de fuite des supports debarres, des traversées detransformateurs, des chaînesd’isolateurs sont déterminées pourobtenir une tenue similaire à la distancedirecte dans l’air entre deux électrodesextrêmes lorsqu’elles sont sèches etpropres. Par contre, la pluie et plusencore la pollution humide réduisentnotablement leur tension de tenue.

Tenue à fréquence industrielleEn régime normal, la tension de réseaupeut présenter des surtensions àfréquence industrielle de faible durée(fraction de seconde à quelquesheures, elle est liée au moded’exploitation et de protection duréseau). La tenue en tension vérifiéepar les essais diélectriques habituelsd’une minute est généralementsuffisante.La détermination de cette catégorie decaractéristiques est aisée et lesdifférents isolants sont facilementcomparables. Par exemple : la figure

numéro 16 fournit un comparatif destensions de tenue entre l’air et le SF6en fonction de la pression.

Tenue aux surtensions demanœuvre.Les distances soumises à des chocs demanœuvre réunissent les quatrepropriétés fondamentales suivantes : la non-linéarité, déjà mentionnée,dans la relation distance/tension, la dispersion, qui fait que la tenuedoit être exprimée en termesstatistiques, la dissymétrie, (la tenue peut êtredifférente selon que l’onde est depolarité positive et négative), le passage par un minimum de lacourbe de la tension de tenue enfonction de la durée de front. Lorsquela distance entre les électrodes croît, ceminimum évolue vers des durées defront de plus en plus élevées(cf. fig. 17). Il se situe en moyenne,autour de 250 µs, ce qui explique lechoix du front de montée de la tensiond’essai normalisée (essais normalisésselon CEI 60 : application d’une ondede durée de front de 250 µs et d’unedurée de demi-amplitude de 2500 µs).

Tenue aux surtensionsatmosphériques .En choc de foudre, la tenue secaractérise par une beaucoup plusgrande linéarité que pour les autrestypes de contraintes.Ici encore, le phénomène de dispersionexiste, avec une tenue à la polaritépositive (le plus appliqué à l'électrodela plus pointue) moins bonne qu'enpolarité négative.Deux formules suivantes, simples,permettent d'apprécier pour lesréseaux THT et MT, les performancesau choc de polarité positive 1,2 µs/50µs d'un intervalle d'air :

U50 = d1,9

U50 = tension pour laquelle laprobabilité de claquage est de 50 %,

Uo = d2,1

Uo = tension de tenue

Avec d distance d’isolement en mètres,U50 et Uo sont en MV.

De nombreuses études expérimentalesont donc permis de dresser des tablesprécises de correspondance entre la

distance et la tension de tenue, enprenant en compte différents facteurstels que les durées de front et dequeue, la pollution environnante et lanature de l’isolant.A titre d’exemple, la figure 18 fournit lesvariations de la tension U50 en fonctionde la distance et de la durée de queueT2 pour un intervalle pointe positive-plan.Le tableau T de la figure 19 montre parailleurs l’indépendance de la tension detenue à la durée du front de montée.

fig. 17 : tracé des minimums de tenue enfonction de la durée de front du chocappliqué en polarité positive.

fig. 16 : tension disruptive du SF6 et de l’airen fonction de la pression absolue.

1 10 100 10000

1

2

3

4

durée dufront (µs)

lieu des minimuns

tension de tenue U50 (MV)

13m

4m

2m1m

7m

Page 13: Sur Tension

Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.13

fig. 20 : coordination de l'isolement : positionner correctement le niveau de protection et latenue de l'appareillage en fonction des surtensions probables.

fig. 19 : influences de la durée jusqu'à lacrête sur la tenue diélectrique d'un intervallepointe positive-plan = d = 8 m.

Tcr 7 22(µs)

T2 1 400 1 500(µs)

U50 2 304 2 227(kv)

σ 370 217

fig. 18 : U50 en fonction du temps T2 dedécroissance à mi-amplitude.Intervalle entre la pointe positive et le plan :d = 4 - 6 - 8 m.

d = 8 m

6 m

4 m

4000

3000

2000

100010 100 1000 T2 µs.

U50kV

principe de la coordinationde l’isolementÉtudier la coordination de l’isolementd’une installation électrique c’est doncdéfinir, à partir des niveaux de tensionset surtensions susceptibles d’êtreprésents sur cette installation, un oudes niveaux de protection contre lessurtensions. Les matériels del’installation et les dispositifs deprotection sont alors choisis enconséquence (cf. fig. 20).Le niveau de protection est déduit desconditions : d’installation, d’environnement, et d’utilisation du matériel.L’étude de ces «conditions» permet dedéterminer le niveau de surtension quipourra solliciter le matériel durant sonutilisation. Le choix du niveaud’isolement adapté permettra des’assurer que, vis-à-vis de la fréquenceindustrielle et des chocs de manœuvreau moins, ce niveau d’isolement nesera jamais dépassé.Vis-à-vis du choc de foudre, uncompromis doit généralement être faitentre le niveau d’isolement, le niveaude protection de parafoudres éventuelset le risque de défaillance admissible.Pour bien maîtriser les niveaux deprotection apportés par les limiteurs desurtension, il convient de bien connaîtreleurs caractéristiques et leurcomportement ; c’est l’objet du chapitreci-après.

coefficientdesurtension

types de surtension

atmosphériques

électrostatiques

de manœuvre

à fréquence industrielle

2 à 4

3

1

> 4

4

niveaux de protection

éclateurs parafoudres

niveau de tenue

surtensions éliminées

tensions supportées

isolement de l'appareillage MT

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.14

fig. 22 : comportement d’un éclateur à pointes, en choc de foudre normalisé, en fonction de lavaleur de crête.

l’amorçage d’un appareil dont latension de tenue est supérieure à cellede l’éclateur pour peu que cet appareilprésente un retard à l’amorçage plusfaible (câbles par ex.).De plus, après amorçage, l’ionisationentre les électrodes maintient l’arc quiest alors alimenté par la tension duréseau et peut donner lieu (fonction dela mise à la terre du neutre) à uncourant de suite à fréquenceindustrielle. Ce courant est un défautfranc à la terre et nécessitel’intervention des protections placéesen tête de ligne (disjoncteur àréenclenchement rapide ou disjoncteurshunt par exemple).Enfin l’amorçage provoque l’apparitiond’une onde coupée à front raidesusceptible d’endommager lesenroulements (transformateurs etmoteurs) situés à proximité.Encore en place sur les réseaux, leséclateurs sont aujourd’hui de plus enplus remplacés par les parafoudres.

Éclateurs et parafoudres sont lesdispositifs utilisés pour écrêter, limiterles surtensions transitoires de forteamplitude. Ils sont généralementdimensionnés pour intervenir sur lessurtensions de foudre.

les éclateursUtilisés en MT et HT, ils sont placés surles points des réseaux particulièrementexposés et à l’entrée des postes MT/BT. Leur rôle est de constituer un pointfaible maîtrisé dans l’isolement duréseau, afin qu’un amorçage éventuelse produise systématiquement là.Le premier et le plus ancien desappareils de protection est l’éclateur àpointes. Il était constitué de deuxpointes en vis-à-vis, appeléesélectrodes, dont l’une était reliée auconducteur à protéger et l’autre à laterre.Les modèles actuels les plus courantssont basés sur ce même principe maiscomportent deux «cornes» permettantd’allonger l’arc, de faciliter lerétablissement de qualités diélectriquespar désionisation de l’intervalled’amorçage et d’aboutir, dans certainscas, à l’extinction.Certains ont en plus, entre ces deuxélectrodes, une tige destinée à éviter le«court-circuitage» intempestif par lesoiseaux (cf. fig. 21) et leurélectrocution.La distance entre les deux électrodespermet d’ajuster le niveau deprotection.Ce dispositif est simple, assez efficaceet économique, mais ses inconvénientssont nombreux : la tension d’amorçage présente unedispersion importante. En effet, elledépend fortement des conditionsatmosphériques ; des variations de plusde 40 % ont pu être observées ; le niveau d’amorçage dépend ausside l’amplitude de la surtension(cf. fig. 22) ; le retard à l’amorçage est d’autantplus long que la surtension est faible.Dans ces conditions, il est possiblequ’une onde de choc provoque

fig. 21 : un éclateur MT avec tige anti-oiseauxexemple : sur les réseaux EDF 24 kV,B ≈ 25 mm.

électrode de terre

tige anti-oiseau

supportd'électrode

chaîne d'ancragerigide

dispositif permettant d'ajuster Bet d'immobiliser l'électrode

Ø

45° 45°

B

électrode de phase

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 40

100

200

300

400

500

600

700

800

900

caractéristique tension / temps

avantamorçage

aprèsamorçage

kv

µs

points d'amorçage

éclateur à pointes e = 350 mmessais effectués en onde 1,2 / 50

tracé théorique de la courbe de tension :

3. les dispositifs de protection contre les surtensions

Page 15: Sur Tension

Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.15

les parafoudresLeur avantage est de ne pas présenterde courant de suite et d’éviter que leréseau soit mis en court-circuit, puishors tension après amorçage.Différents modèles ont été conçus :parafoudre à filet d’eau, parafoudre àgaz. Seuls les types les plus répandussont présentés dans les lignes quisuivent.Ils sont utilisés sur les réseaux HTet MT.

Les parafoudres à résistancesvariables et éclateursCe type de parafoudre associe en sériedes éclateurs et des résistances nonlinéaires (varistances) capables delimiter le courant après le passage del’onde de choc.Après l’écoulement de l’onde decourant de décharge, le parafoudren’est plus soumis qu’à la tension duréseau. Celle-ci maintient un arc surl’éclateur, mais le courantcorrespondant, dit «courant de suite»,traverse la résistance dont la valeur estmaintenant élevée. Il est donc assezfaible, pour ne pas endommagerl’éclateur, et être interrompu lors dupremier passage à zéro du courant(extinction naturelle de l’arc).La non linéarité des résistances permetde conserver une tension résiduelle,qui apparaît aux bornes de l’ensemble,proche du niveau d’amorçage car, plusle courant augmente, plus la résistancedécroît.Diverses techniques ont été utiliséespour la réalisation des parafoudres àvaristances et éclateurs. La plusclassique utilise une résistance aucarbure de silicium (SiC).Certains parafoudres comportentégalement des systèmes répartiteursde tension (diviseurs résistifs oucapacitifs) et des systèmes desoufflage de l’arc (aimants ou bobinespour un soufflage magnétique).Ce type de parafoudre est caractérisépar : sa tension d’extinction, ou tensionassignée, qui est la tension à fréquenceindustrielle la plus élevée sous laquellele parafoudre peut se désamorcerspontanément. Elle doit être supérieureà la plus forte surtension temporaire àfréquence industrielle susceptibled’apparaître sur le réseau.

ses tensions d’amorçage suivant lesformes d’onde (fréquence industrielle,choc de manœuvre, choc de foudre…);elles sont définies statistiquement. son pouvoir d’écoulement de courantde choc, c’est-à-dire la capacité dedissipation d’énergie. On traduitgénéralement la capacité d’absorptionpar la tenue à des ondes rectangulairesde courant.

Les parafoudres à oxyde de zinc(ZnO)Ils sont constitués uniquement devaristances et remplacent de plus en

plus les parafoudres à résistancesvariables et éclateurs. (cf. fig. 23).L’absence d’éclateur fait que leparafoudre à ZnO est continuellementconducteur mais, sous la tensionnominale du réseau protégé, avec uncourant de fuite à la terre très faible(inférieur à 10 mA).Leur principe de fonctionnementest très simple et repose surla caractéristique fortement nonlinéaire des varistances à ZnO.Cette non-linéarité est telle que larésistance passe de 1,5 MΩ à 15 Ω

fig. 23 : exemple de structure d’un parafoudre ZnO en enveloppe porcelaine pour le réseau20 kV EDF.

bride(alliage d'aluminium)

étrier élastique

rivet

blocs ZnO

rondelle

espaceur

écran thermique

enveloppe porcelaine

ressort de compression

joint caoutchouc

dispositif d'étanchéitéprécontraint

dispositifde surpression

broche de raccordement

conduit d'évacuationet dispositif de surpressiondans les brides inférieureset supérieures

plaque indicatricede défaut

conduit d'évacuation

bride

dispositif deserrage à anneau

Page 16: Sur Tension

Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.16

tension maximale 12,7 kVpermanente

tension assignée 24 kV

tension résiduelle aucourant nominalde décharge < 75 kV

courant nominalde décharge(onde de 8/20 µs) 5 kA

tenue au courant dechoc (ondede 4/10 µs) 65 kA

entre la tension de service et la tensionau courant nominal de décharge(cf. fig. 24).Ces parafoudres ont pouravantages des performancesde limitation et une fiabilité accrues parrapport aux parafoudres à carbure desilicium.Des améliorations ont été apportéesces dernières années, en particulierdans le domaine de la stabilitéthermique et électrique des pastilles deZnO lors de leur vieillissement.Ainsi, en 1989 sur 15 000 parafoudresde ce type installés par EDF, après dixhuit mois d’expérimentation, seulesdeux défaillances ont été constatées etles caractéristiques, vérifiées par desessais, n’avaient pas varié.Un parafoudre à ZnO est caractérisépar (cf. fig. 25) : sa tension maximale de servicepermanent ; sa tension assignée qui peut êtreliée, par analogie avec les parafoudresà carbure de silicium, à la tenue auxsurtensions temporaires ; le niveau de protection, définiarbitrairement comme la tensionrésiduelle du parafoudre soumis à un

choc de courant donné (5, 10 ou 20 kAselon la classe), onde 8/20 µs ; courant nominal de décharge ; tenue au courant de choc.(elle traduit le besoin de tenue à desondes longues entraînant unedissipation d’énergie importante et nonla nécessité d’écouler de tels courantsen exploitation).

EnveloppesLes parafoudres à oxyde de zinc sontdisponibles : en enveloppes porcelaines pour àpeu près toutes les tensions de service, en enveloppes synthétiques (fibre deverre plus résine) pour les réseaux dedistribution.Cette deuxième technique, plusrécente, permet d’obtenir desparafoudres notablement plus légers,moins fragiles au vandalisme et dontles éléments actifs sont mieux protégéscontre l’humidité car étant totalementsurmoulés. L’humidité est en effet laprincipale cause de défaillanceidentifiée sur les ZnO. L’extérieur deces parafoudres est généralementconstitué de polymère silicone assurantla tenue à l’environnement et lareconstitution de lignes de fuite

fig. 24 : caractéristiques de deux parafoudres ayant le même niveaude protection 550 kV/10 kA.

suffisantes. Ces parafoudres, de parleur constitution interne et leursenveloppes silicones, sont beaucoupplus tolérants sur les positionsd’installation et permettent égalementd’optimiser la mise en œuvre (parexemple : montage à l’horizontale).Outre les spécifications EDF telle laHN 65S20 / CEI 99-1, différentesnormes françaises s’appliquent auxparafoudres, par exemple laNF C 65-100 pour des appareilsdestinés aux installations HT.En résumé il apparaît que cesdifférents types de parafoudres sontutilisés pour la protectiond’appareillage, de transformateurs etde câbles. Dans ce cas la quasi totalitédes dispositifs mis en service sont desparafoudres à oxyde de zinc quiremplacent progressivement leséclateurs à corne et les parafoudres àcarbure de silicium.Cette évolution vise à obtenir unemeilleure précision des niveaux deprotection permettant de mieux garantirla coordination des isolements.Le lecteur intéressé par la mise enœuvre des parafoudres peut sereporter à l’annexe 2.

fig. 25 : exemple de caractéristiques d’unparafoudre ZnO répondant à la spécificationEDF HN 65S20.

U

500

400

300

200

100

,001 ,01 ,1 10 100 1000 10000

600

I

SiC

1

kV crête

ZnO

linéaire

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.17

classe de basse fréquence transitoiresurtension permanente temporaire à front lent à front rapide à front très rapide

forme

100 > Tf > 3 nsgamme des formes f = 50 ou 60 Hz 10 < f < 500 Hz 5000 > Tp > 20 µs 20 > T1 > 0,1 µs 0,3 > f1 > 100 MHz(fréquence, front de 30 > f2 > 300 kHzmontée, durée) Tt ≥ 3 600 s 3 600 ≥ Tt ≥ 0,03 s 20 ms ≥ T2 300 µs ≥ T2 3 ms ≥ Tt

forme normalisée f = 50 ou 60 Hz 48 ≤ f ≤ 62 Hz Tp = 250 µs T1 = 1,2 µs (*)Tt (*) Tt = 60 s T2 = 2 500 µs T2 = 50 µs

essai de tenue (*) Essai à fréquence Essai de choc Essai de choc (*)normalisé industrielle de courte de manœuvre de foudre

durée

(*) à spécifier par le Comité de produit concerné

4. dispositions normatives et coordination de l’isolement

Depuis de nombreuses années laCommission ElectrotechniqueInternationale a abordé le problème dela coordination de l’isolement en HT.Deux documents généraux traitent de lacoordination d’isolement : la CEI 664 pour le domaine BT, la CEI 71 pour le domaine HT.La CEI 71 est organisée en deux parties,la deuxième étant un guide d’applicationtrès complet.Les normes «produits», dont : la CEI 694 «clauses communes pourl’appareillage», la CEI 76 «transformateurs», la CEI 99 «parafoudres»,sont en cohérence avec la CEI 71quant aux tensions de tenuespécifiques.

la coordination del’isolement en HT selonCEI 71Un des objectifs de cette norme, quidevrait être applicable en 93, estl’explication et la décomposition desdifférents coefficients qui permettent deparvenir aux tensions de tenue. Une telledémarche favorise la recherche d’uneoptimisation, voire une baisse desniveaux de tenue en tension.La CEI 71 propose une modélisationconventionnelle des contraintes réellespar des formes d’ondes réalisables en

laboratoire et ayant démontré uneéquivalence satisfaisante.D’autre part, deux préoccupations sontnouvelles dans cette norme : l’isolement longitudinal (entre lesbornes de la même phase d’un appareilouvert), la prise en compte de l’altitude ainsique du phénomène de vieillissement desinstallations.Dans ce projet sont distinguéesl’isolation interne, l’isolation externe, et,deux gammes de tensions : l’isolation interne intéresse tout ce quine se situe pas dans l’air atmosphérique(isolation liquide pour lestransformateurs, SF6 ou vide pour lesdisjoncteurs par exemple) ; l’isolation externe correspond auxdistances dans l’air. gamme I : de 1 kV à 245 kV inclus ; gamme II : au dessus de 245 kV.Pour chacune d’entre elles, la mise enœuvre de la coordination de l’isolementest légèrement différente.A chaque gamme, est associé untableau de tensions de tenue assignéesnormalisées. Ces tableaux ont étéétablis suivant des critères différents,jusqu’à présent souvent empiriques,mais dont le choix a été confirmé,parfois avec quelques réserves, parl’expérience. En effet, il est indéniableque les niveaux imposés, sansgrandes modifications depuis des

années, sont tout à fait acceptables aupoint de vue de la sécurité de service.De plus, l’abandon progressif deséclateurs au profit des parafoudrespermet de réduire la marge de sécuritédevenue surabondante entre le niveaude protection des parafoudres et latension d’isolement spécifiée desmatériels.

Détermination des niveauxd’isolementLa norme n’indique pas précisémentdes tensions de tenue invariables etvalables dans tous les cas, mais ellepermet la réalisation des études decoordination de l’isolement en plusieursétapes : définition des relations entre le type duréseau et le choix de ses isolements.Il s’agit d’établir les caractéristiques destensions maximales permanentespossibles et les surtensions temporairesprévisibles en fonction : de la structure du réseau et sa tensionnominale, du schéma des liaisons à la terre duneutre, des postes ou des machinestournantes présents sur la ligne, du type et de l'emplacement deséventuels dispositifs de limitation dessurtensionset, selon des considérations communesà toutes les classes de surtensionsdéfinies par la norme (cf. fig. 26).

fig. 26 : formes de surtensions représentatives et essais envisagés par le projet de la norme CEI 71.

Tt Tt T2

Tp T2T1 Tf Tt

Page 18: Sur Tension

Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.18

coordination des isolements desréseaux.Une fois ces données rassemblées,pour chaque classe de surtension, ilfaut déterminer la tension de tenue decoordination correspondante en tenantcompte de la performance recherchée,et généralement du taux de défaillanceacceptable de l’isolation. La valeurobtenue est spécifique du réseauétudié et de sa situation : c’est la plusfaible tension de tenue à la surtensionconsidérée que le réseau doit avoirdans ses conditions d’exploitation.Pour choisir les éléments constitutifsd’un réseau, il y a lieu de définir leurstensions de tenue spécifiée.La détermination des tensions de tenuede coordination consiste à fixer lesvaleurs minimales des tensions detenue de l’isolation qui satisfont aucritère de performance quand l’isolationest soumise aux surtensionsreprésentatives dans les conditions deservice.La détermination des tensions de tenuespécifiées de l’isolation consiste àconvertir les tensions de tenue decoordination en conditions d’essainormalisées appropriées. Ceci estréalisé en multipliant les tensions detenue de coordination par des facteursqui compensent les différences entreles conditions réelles de service del’isolation et celles des essais de tenuenormalisés.Le choix du niveau d’isolement assignéconsiste à sélectionner la série destensions de tenue de l’isolationnormalisées la plus économique,suffisante pour démontrer que toutesles tensions de tenue spécifiées sontsatisfaites.Le canevas d’étude pour déterminerfinalement l’isolement assigné, estreprésenté par la figure 27. Sur cecanevas, les deux facteurs dedispersion de fabrication et d’altitudedéfinis dans le projet sont regroupéssous le terme facteur correctif.

la tension de tenue assignée ouniveau d’isolement est la même que latension de tenue spécifiée pour lessurtensions qui peuvent faire l’objetd’essais c’est-à-dire : essai à fréquence industrielle, essai aux chocs de manœuvre. essai aux chocs de foudre,

Cet exemple traite essentiellement del’isolation externe, sachant qu’unconcepteur d’installation et de réseauest en général directement confrontéaux problèmes de dimensionnementdes isolations externes. Alors quegrâce à l’utilisation du SF6 pourl’isolement, et du vide ou du SF6 pourl’intervalle de coupure, la tenuediélectrique interne est bien déterminéeet indépendante des conditionsd’environnement (conditionsclimatiques, altitude, taux d’humidité,pollution ...).Niveaux d’isolement assignés àretenir : 50 kV à fréquence industriellesatisfait la tension de tenue assignéeaux surtensions permanentes de bassefréquence (32 kV) et à plus de 81 % la

fig. 27 : organigramme de détermination des niveaux d’isolement assignés ou normalisés.Notes : entre parenthèses paragraphes de la CEI 71 où le terme est défini ou l'action décrite.

données à prendre en compte.actions à effectuer.résultats obtenus.

les facteurs d’équivalence proposéspar la CEI 71 permettent généralementde ne spécifier que deux tensions detenue parmi les 3 envisagées.Pour les tensions de service inférieuresà 245 kV le cas le plus courant consisteà retenir l’essai à fréquence industrielleet l’essai au choc de foudre.

le choix final se fait parmi desniveaux normalisés (cf. fig. 28), à partirde toutes les tensions assignées.Un exemple.La figure 29 présente un tel calcul tirédu guide d’application du projet derévision de la publication CEI 71. Ilmontre l’étude de coordination del’isolement d’un poste caractérisé parune tension la plus élevée pour lematériel Um = 24 kV.

origine et classification des tensionscontraignantes niveau de protection des dispositifslimiteurs de tension caractéristiques de l'isolation

(§ 3.16)

(§ 3.20)

caractéristiques de l'isolation critère de performance distribution statistique imprécision des données de départ (+) effets combinés en un facteur decoordination Kc

facteur de correction atmosphérique ka

ensemble du matériel essayé dispersion en production qualité de l'installation vieillissement en service autres facteurs inconnus (*) effets combinés en un facteurde sécurité Ks

conditions d'essai facteur de conversion d'essai Kt tensions de tenue normalisées gammes de Um

(§ 3.21)(+)(+)

(§ 3.24)

(§ 3.26)(*)(*)(*)(*)(*)

(§ 3.27)

(Chapitre 5)(§ 3.29)

(§ 4.06 & 4.07)(§ 4.08)

niveau d'isolement normalisé ou assigné : ensemble de Uw

analyse du réseau

tensions et surtensions représentatives Urp

choix de l'isolement satisfaisantle critère de performance

tension de tenue de coordination Ucw

application de facteurs tenantcompte des différences entreconditions d'essai de type etconditions de service

tension de tenue spécifiée Urw

choix des tensions de tenue normalisées

(§ 4.02)

(§ 3.18)

(§ 4.03)

(§ 3.23)

(§ 4.04)

(§ 3.26)

(§ 4.05 & 4.09)

(§ 3.32 & 3.33)

Page 19: Sur Tension

Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.19

tension de tenue assignée à fréquence industrielle auxkV de courte durée chocs de foudre

tension de tenue assignée 74 108 141aux chocs de foudre

facteur d'équivalence 1,06 1,06front lent rapide

tension de tenue assignée 28 32 42 61à une surtension à fréquenceindustrielle de courte durée

facteur d'équivalence 0,6 0,6front lent 50 Hz

tension de tenue spécifiée

tension de tenue 28 32 70 102 141

correction d'altitude 1,13 1,13 1,13

facteur de dispersion 1,15 1,15 1,05 1,05 1,05

tension de tenue de coordination 24 28 59 86 119*(cas des matériels soumis aupressions atmosphériques)

surtensions en exploitation

forme d'onde représentative fréquence industrielle surtension 250-2500 µs onde 1,2-50 µsconventionnelle 50 Hz courte durée (1 mn) 2 % d'amorçage

amplitude représentative 24 28 59 86conventionnelle (kV) (2,6 p.U.) (3,86 p.U)

catégories de surtension phase / entre phase / entre phase / masse etmasse phases masse phases entre phases

temporaires à front lent à front rapideà fréquence industrielle (manœuvres) (foudre)

Exemple de calcul :pour une tension de tenue de coordination en front lent de 59 kV- la tension de tenue spécifiée en front lent = 59 kV x 1,05 x 1,13 = 70 kV- la tension de tenue assignée à fréquence industrielle de courte durée équivalente =70 kVx 0,6=42 kV- la tension de tenue assignée aux chocs de foudre équivalente = 70 kV x 1,06 = 74 kV.

tension de tenue assignée auxtransitoires à front lent (61 kV paréquivalence), 125 kV retenu comme compromistechnico-économique pour lestransitoires à front rapide, entraîne : soit l’acceptation d’un taux dedéfaillance supérieur à celui ayant étépris comme hypothèse, soit l’association de parafoudres àl’installation pour assurer qu’elle ne soitpas contrainte au-delà de ce niveau.Pour les hautes ou très hautestensions, la procédure de coordinationde l’isolement est la même, mais lesisolations des matériels sontgénéralement qualifiées par leur tenuesaux chocs de manœuvres, et defoudre.

tension la plus haute tension de tenue normalisée tensions de tenuepour le matériel de courte durée à normalisées auxUm fréquence industrielle chocs de foudrekV eff. kV eff. kV eff.

3,6 10 20/40

7,2 20 40/60

12 28 60/75/95

17,5 38 75/95

24 50 95/125/145

36 70 145/170

52 95 250

72,5 140 325

123 (185)/230 450/550

145 (185)/230/275 (450)/550/650

170 (230)/275/325 (550)/650/750

245 (275)/(325)/360/395/460 (650)/(750)/850/950/1050

fig. 28 : niveaux d’isolement normalisés pour les réseaux de tension efficace comprise entre 1et 245 kV (Il existe un tableau similaire pour les tensions supérieures à 245 kV).

* : cette valeur provient des critères suivants :- niveau de protection du parafoudre : 80 kW- distance parafoudre/matériel : 8 m- coefficient de sécurité : 1,05

fig. 29 : exemple d’une recherche de coordination de l’isolement pour un réseau 24 kV, avec des matériels à isolation externe (extrait et adaptédu projet de révision CEI 71).

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Cette étude est d’autant pluséconomiquement importante que latension de service est élevée.Trois critères justifient cetteaffirmation : l’augmentation du nombre de clientsou de la puissance distribuée, l’augmentation du coût de ladéfaillance (coût du matériel àremplacer), la part relative plus faible de l’étudede coordination dans le coût total del’installation.

conséquences d’unclaquageUne défaillance diélectrique (claquageou amorçage) peut provoquer : le fonctionnement des protectionsdans le meilleur des cas, des destructions de matériels dans lepire des cas, une interruption de service à chaquedéfaillance.En HT, la coupure d’alimentation quisurvient alors peut concerner une villeentière, une région, comme un centresidérurgique ; elle occasionne : un risque de déstabilisation duréseau, une perte de facturation d’énergiepour le distributeur d’énergie, une perte de production pour lesabonnés industriels, un danger pour les personnes (parexemple dans les hôpitaux) et pour lesdonnées informatiques.Pour éviter ces incidents, des étudesdoivent être effectuées pour touteinstallation nouvelle. Elles doiventpermettre des réalisations cohérenteset optimisées face aux risques.Une solution est d’augmenter le niveaud’isolement des installations paraugmentation des distancesd’isolement. Mais elle se traduit par uneimportante augmentation des coûts :doubler ces distances provoque unemultiplication par huit des volumes etdes coûts. Le surdimensionnement estdonc inadmissible en HT. D’oùl’importance de l’optimisation deséquipements HT.

En MTUn défaut d’isolement sur un réseauMT a des conséquences qui sont, àmoindre échelle, les mêmes qu’en HT.Les coupures d’électricité qui enrésultent peuvent aussi être lourdes deconséquences pour les distributeursd’énergie (pertes de facturation), lesabonnés industriels (pertes deproduction), et les personnes (sécurité).

En BTDans la pratique, plus la tension deservice est faible, plus lesconséquences d’un claquage sontlimitées en terme de distribution depuissance. Mais le développement dessystèmes et équipements électroniquesest à l’origine de nombreux incidentsconsécutifs à des surtensions. En effet,le niveau de tenue aux perturbationsn’est pas toujours spécifié ou n’est pascoordonné avec le niveaucorrespondant à son installation.Or ces systèmes interfèrent de plus enplus dans l’intégrité d’une installation,d’une production, ou d’une gestion, lesconséquences économiques pourl’entreprise concernée peuvent doncêtre graves.La coordination «des tenues» n’estdonc pas à négliger, même en BT……et l’emploi de parafoudres devrait segénéraliser. Ils sont aujourd’huifortement conseillés pour les abonnésBT alimentés par une ligne aérienne.

réduction des risques etdes niveaux de surtensionsVis-à-vis des différentes surtensionsexaminées dans le chapitre 1, dessolutions simples peuvent êtreenvisagées dès les premiers projetsd’installation :

Surtension due à la ferrorésonanceLe seul moyen de s’en affranchirtotalement est que 1/C.ω soit supérieur àla pente à l’origine de L.ω.i. Cependantd’autres solutions sont envisageableset, en particulier, en MT où une discordance entre les 3 phasespeut se produire dans le cas deprotection par interrupteur à commande

phase par phase ; il faut rechercher laplus grande simultanéité possible lorsde l’enclenchement des 3 phases duréseau (appareillage omnipolaire); l’enclenchement d’un transformateurà vide peut être le phénomènetransitoire qui provoque laferrorésonance ; pour l’éviter, il fautréduire les capacités en rapprochantpar exemple l’appareillage de misesous tension du transformateur.La connexion d’une chargepréalablement à la mise sous tensionest bénéfique. Elle intervient en effetcomme une résistanced’amortissement pouvant interdire lamise en résonnance.Mettre le neutre à la terre est aussi unesolution vis-à-vis des résonnancesphase/terre.

Surtension provoquée par lacoupure de courants capacitifsLa solution consiste à éviter lesréallumages successifs parl’augmentation de la vitesse deséparation des contacts, et l’utilisationd’un bon diélectrique (vide ou SF6).

Surtension provoquée parl’enclenchement d’une ligne à videElle est évitée sur les réseaux detransport par une mise sous tensionprogressive, obtenue en associant desrésistances d’insertion au disjoncteur.

Surtension provoquée par un coupde foudreLes moyens à mettre en œuvre sont detrois types : disposition de câbles de garde pouréviter les chocs directs (cf. chapitre 1), installations de protections aux pointssensibles (éclateurs, oupréférentiellement, parafoudres),(cf. annexe 2), réalisation de prises de terre debonne qualité (cf. chapitre 1).

5. coordination appliquée à la conceptiondes installations électriques

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.21

6. conclusion

optimisation sur le plan économique etsur le plan de la contrainte de service.L’utilisation de plus en plus large deparafoudres, en partie grâce àl’amélioration de leurs caractéristiqueset de leur fiabilité, concourt à unemeilleure maîtrise des niveaux deprotection.La prise en compte de cette démarche,par la normalisation internationale,autant au niveau général qu’au niveaudes recommandations produits, montrel’importance du sujet et les avantagesque l’on peut y trouver.

La coordination des isolements vise àtrouver un juste équilibre entre lafiabilité des matériels du point de vuediélectrique d’une part et de leurdimensionnement, donc de leur coût,d’autre part.L’exposé qui en est fait dans cedocument montre la complexité desparamètres qui interviennent dans unetelle analyse.De plus, l’aspect statistique ducomportement aux surtensionstransitoires interdit de prétendre à dessolutions absolues.

Les modélisations retenuesprésentent toujours un caractèrequelque peu arbitraire en premièrelecture, mais ont été validées parl’expérience.

Des informations plus détailléespeuvent être trouvées dans lespublications citées pour le lecteursouhaitant approfondir le sujet.Les progrès réalisés dans laconnaissance des phénomènespermettent maintenant l’obtentiond’une fiabilité accrue desinstallations tout en autorisant une

Quelle que soit l’origine d’unesurtension, celle-ci va se propager lelong de la ligne ou du câble constituantle réseau.Ce support de propagation peut êtremodélisé en faisant intervenir lesvaleurs par unité de longueur del’inductance et de la résistance enlongitudinal, et de la capacité et de laconductance en transversal(cf. fig. 30). L’impédance, en régimesinusoïdal, est alors donnée par :

Z = L . ω + RC . ω + G

Aux fréquences élevées généralementassociées aux surtensions, les termesinductifs et capacitifs deviennentprépondérants et l’impédance dite«impédance caractéristique» vaut alors

Zc = LC

Les termes résistifs et conductifscorrespondent à des pertes entraînantl’atténuation de l’onde au cours de sapropagation.Les ordres de grandeurs desimpédances caractéristiques sont :

lignes THT : 300 à 500 ohms, lignes HTA (en aérien) : environ1000 ohms.La vitesse de propagation est prochede celle de la lumière, soit environ3 x 108 m/s. On peut égalementexprimer cette vitesse comme étantégale à 300 mètres par microseconde,ce qui donne une appréciation de larépartition le long du conducteur d’unfront d’onde de durée très courte(cf. fig. 31).

fig. 30 : modélisation d’un support depropagation.

fig. 31 : représentation dans le temps et dans l’espace d’une onde de foudre.

annexe 1 : propagation des surtensions

1/GC

RL

V

2 µs

t (à x constant)

front : 1 kv/m

front : 300 kv/µsévolution dans le temps

600 m

répartition dans l'espace

x (à t constant)

600 kv

V

Page 22: Sur Tension

Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.22

La théorie de la propagation guidéepermet d’établir que, lorsqu'une ondese propageant le long d’un conducteurarrive sur un point de changementd’impédance, on observe une réflexionet une transmission partielles.Si Zc est l’impédance caractéristiquedu premier conducteur et Za celle dusecond, les coefficients detransmission et de réflexion sontdonnés par :T = 2 . Za/(Za+Zc) et R =(Za-Zc)/(Za+Zc)Les valeurs limites de ces coefficientscorrespondent à des cas physiquessimples : Za = 0 (ligne fermée à la masse) : latension au point concerné est donc

nulle à tout instant ce qui correspond àune onde transmise nulle et une onderéfléchie avec un facteur -1. Za = Zc (conducteur homogène),la transmission vaut 1 et la réflexionzéro. Za = infini (ligne ouverte) : la tensionau point de réflexion est donnée par lasuperposition de l’onde incidente et del’onde réfléchie avec un facteur +1. Savaleur maximale va alors être égale àdeux fois la crête de l’onde incidente.Bien qu’il n’y ait pas propagation dansle milieu Za, la valeur à la frontière esttoujours donnée par T qui vautégalement 2.

annexe 2 : installation d’un parafoudre

distance maximale deprotectionDu fait du phénomène de propagationet de réflexion des ondes,(cf. annexe 1), les parafoudres limitentles surtensions, seulement au niveaude leurs bornes.L’onde écrêtée conserve le dv/dt deson front de montée et est susceptible,par réflexion, de développer, au pointd’ouverture, une tension double de latension de limitation.La tension de tenue de l’appareillageétant généralement inférieure audouble de la tension résiduelle duparafoudre, il en résulte une distancemaximale à ne pas dépasser entre leparafoudre et l’appareillage du poste.

Exemple : onde de foudre : 300 kV/ µs, d’où un gradient de tension sur laligne au passage du front de montéede 1 kV/m, poste MT : tenue à 125 kV choc, parafoudre : tension résiduelle :75 kV.La contrainte maxi au point ouvert seragénérée par la réflexion de la crête del’onde limitée par le parafoudre. Cettecontrainte sera égale à deux fois cettecrête.Pour respecter la limite de 125 kV dumatériel, le parafoudre doit donc

intervenir au plus tard quand l’ondeincidente à son emplacement

vaut :125

2 = 62,5 kV

(instant T0 de la figure 32).Son niveau de mise en conduction (sion l’approxime au niveau de protection)étant de 75 kV, l’intervention ne peutêtre obtenue que par la superposition àl’onde incidente de l’onde réfléchie.L’onde réfléchie doit avoir atteint unevaleur de 75 - 62,5 = 12,5 kV.

La différence entre la valeur incidente(62,5 kV) et la valeur réfléchie(12,5 kV), soit 50 kV, correspond aufront d’onde réparti sur le trajet aller-retour entre le parafoudre et le pointouvert. La distance aller-retour est doncau plus égale à 50 m, soit une distancede protection maxi de 25 m.

Note :Le coefficient 2 ne signifie pasdoublement de la tension crête maissuperposition de l’onde incidente et del’onde réfléchie (cf. fig. 32).

Ce cas amène une contrainte élevéeau point de réflexion et à sonvoisinage, (voisinage au sens dela répartition spatiale citéeprécédemment).L’expression «doublement de l’onde detension», souvent employée, peutprêter à confusion en faisant imaginerque l’onde réfléchie est deux fois plusimportante que l’onde initiale. C’estseulement au point de réflexion que lavaleur maximale observée vaut ledouble de celle de l’onde incidente carc’est le seul endroit où l’onde incidenteet l’onde réfléchie additionnent leurscrêtes.

fig. 32 : propagation et réflexion en présence d'un parafoudre.

2 x U0 = contrainte maximaleatteinte à T1 ⇒ T1 instant le plus sévére

Up = niveau deprotection du parafoudre

U0 = valeur de l'onde incidenteatteinte au parafoudre à T0

localisations :d

instants...

parafoudre appareillage

u = valeur de l'onde réfléchie atteinteau parafoudre à T0(U0 + U = Up ⇒ début de conduction)

tensionT0 T1

onde à T1

onde à T0

sens de déplacementde l'onde de foudre

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.23

câblage des parafoudresLors de l’intervention de limitation duparafoudre, une onde de courant vas’écouler à la terre ; elle résulte del’application de l’onde de tension àl’impédance caractéristique de la

ligne : I = uZc

.

Le circuit de mise à la terre est alors lesiège d’une chute de tensionessentiellement inductive et qui peutatteindre des valeurs importantes.

Exemple : onde de courant : 1 kA/ µs, inductance du câble de la descentede terre : 1 µH / m, d’où UL = 1 kV/m.Si l’on ne veut pas que cette tensionvienne s’additionner à la tensionrésiduelle, il faut que vis-à-vis du«phénomène foudre» le matérielproposé soit en dérivation aux bornesdu parafoudre.Pratiquement, cela consiste à effectuerle branchement comme indiqué par lafigure n° 33. Si la liaison HT/matérieln’est pas faite sur le parafoudre, lalongueur des conducteurs doit être laplus faible possible (cf. fig. 34).

fig. 33 : emplacement des limiteurs de surtension sur un poste alimenté par un réseau aéro-souterrain

fig. 34 : principe de câblage des parafoudres : les connexions charges - parafoudres doiventêtre les plus courtes possible.

annexe 3 : les normes électriques

Trois niveaux de normalisation existent.Les trois organismes suivants agissentrespectivement au niveau mondial,européen et national : la CEI (Commission ElectrotechniqueInternationale), produit les normes«CEI» ; 60 pays y participent. Unenorme n’est acceptée que si ellerencontre moins de 20 % d’opposants.Dans les pays, son application peutsubir des dérogations.

le CENELEC (Comité Européen deNormalisation Electrotechnique) produitles normes «EN» ; il regroupe 18 paysen majorité européens. Ses normesvotées sont d’application obligatoire. l’UTE ( Union Technique del’électricité), produit les normesfrançaises «NF».

transfo

câblage à éviter

parafoudre

câblages corrects

L

si L < 25 m : un limiteur de surtension placé sur le poteau est suffisantsi L 25 m : un deuxième limiteur aux bornes du transformateur est nécessaire

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Cahier Technique Merlin Gerin n° 151 / p.24

annexe 4 : bibliographie

Normes CEI 60 : Technique des essais àhaute tension. CEI 71-1 : Coordination del’Isolement : termes définitions,principes et règles. CEI 71-2 : Coordination del’isolement : guide d’application. CEI 99 : Parafoudres.

Publications diverses Techniques de l’ingénieur : chapitre«Gaz Isolants». Les propriétés diélectriques de l’air etles très hautes tensions.(Publication EDF). Principes and procedures of theinsulation co-ordination.KH. WECK. Dimensionnement des parafoudresMT pour le réseau EDF (1988).A. ROUSSEAU (EDF).

Réal. : ERI LyonDTE - 12-92 - 3500 - Impr. : Léostic