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Protection électrique du risque d’orage Patrick Prin Version 3 - Avril 2017

Protection électrique du risque d'orage

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Page 1: Protection électrique du risque d'orage

Protection

électrique du risque

d’orage

Patrick Prin

Version 3 - Avril 2017

Page 2: Protection électrique du risque d'orage

Introduction et avant-propos

Ce document a pour but de donner un aperçu du type de solution à mettre en œuvre pour protéger une installation électrique domestique des effets de la foudre.

Il fait la synthèse d’une expérience pratique et de lecture d’ouvrages spécialisés en électricité et installations électriques.

Il ne prétend pas résoudre tous les problèmes engendrés par la foudre sur une installation électrique domestique, mais doit être considéré comme une aide documentaire. Il n’est pas adapté à une installation électrique industrielle.

La protection d’une installation électrique contre la foudre doit être considéré comme un processus itératif, car le problème peut ne pas être résolu en une seule fois.

Si le disjoncteur EDF 500ma se déclenche de façon systématique en cas d’orage, il peut ne pas y avoir de solution gérable au niveau de l’installation domestique elle-même. Cela peut-être le cas avec les anciens disjoncteurs de type 1970-1980, la première chose à faire est donc de demander à EDF de le remplacer avec un disjoncteur de dernière génération plus résistant aux surintensités dues à la foudre.

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Le risque d’orage

Le risque lié aux orages et à la foudre est particulièrement présent dans un grand quart sud est de la France ainsi que ceux bordant la Gironde et la Corse, où l’indice kéraunique est élevé.

Ce découpage (voir en annexe) reste théorique et il peut ponctuellement y avoir de violents orages dans des régions où ceux-ci sont peu fréquents.

Dans ces régions, l’installation d’un parafoudre est d’ailleurs obligatoire selon la norme NF EN 61643-11, bien qu’elle ne soit pas systématiquement respectée.

En théorie, l’installation d’un parafoudre n’est pas indispensable si une maison est équipée d’un paratonnerre, qui va dévier l’impact de foudre vers la terre, protégeant ainsi le logement. Mais en pratique, le parafoudre va compléter la protection du paratonnerre avec une protection des équipements interne au domicile, donc il est à mon avis indispensable.

Le risque est également lié à la situation de la construction. Si elle se situe en vallée ou dans un creux, avec plusieurs autres constructions placées plus haut et équipées de paratonnerres, il sera moindre.

Dans tous les cas, une protection des appareils électroniques sera nécessaire car la foudre peut tomber sur les lignes électriques, téléphoniques ou antennes de télévision, et avoir un effet dévastateur sur les équipements raccordés.

Page 4: Protection électrique du risque d'orage

La foudre: comment est-elle

générée? Lorsqu’il y a une différence importante de température entre la terre et l’air en

moyenne altitude, et si la pression atmosphérique n’est pas trop élevée, on assiste à la formation de nuages de plus en plus épais, jusqu’à l’apparition de cumulo-nimbus.

Ces nuages qui ressemblent à des champignons bourgeonnant peuvent s’étirer sur plusieurs kilomètres de hauteur, et même dépasser les 8000 mètres d’altitude.

Les cumulo-nimbus agissent comme des condensateurs et se chargent d’électricité statique, négativement à la base du nuage, et positivement au dessus, par des phénomènes de gravitation et de convection.

Des décharges électriques se forment à l’intérieur du nuage entre des zones chargées positivement et celles chargées négativement. Puis des décharges se forment entre le nuage et le sol, en touchant en priorité les endroits les plus proches comme des sommets de collines ou montagnes, des bâtiments élevés ou des arbres.

Ces décharges de foudre ou éclairs s’accompagnent de tonnerre, bruit causé par l’échauffement de l’air par l’arc électrique. Le phénomène va s’amplifier jusqu’à ce que les différences de potentiel électrique à l’intérieur du nuage s’estompent. Il s’accompagne en général de pluie ou grêle, selon le niveau de température ambiant.

CumulusCumulo-nimbus

Page 5: Protection électrique du risque d'orage

La foudre: quel impact sur

les circuits électriques? Les décharges de foudre peuvent avoir un impact destructeur sur une

installation électrique, en détériorant également les équipements électroniques

La foudre en tombant sur un conducteur électrique crée en général une onde de surtension qui peut atteindre plusieurs milliers d’ampères et une très haute fréquence, souvent amplifiée par un phénomène de résonnance.

Il faut différencier plusieurs cas d’impacts:

• Impact sur réseau électrique en amont d’une installation domestique

Ce cas de figure est le plus fréquent et se limite en général à un impact de proximité, à quelques centaines de mètres de l’installation.

Le réseau de distribution est protégé des fortes surtensions, et peut se mettre hors circuit pendant un court laps de temps le cas échéant.

• Impact direct sur réseau domestique, ce qui est peu fréquent mais peut se produire dans une résidence isolée par exemple

La seule protection vraiment efficace dans un tel cas est la mise en place d’un paratonnerre ou un système équivalent permettant de dévier la majeure partie de la surtension.

Une protection complémentaire pour la surtension résiduelle est également nécessaire, ne serait-ce que pour protéger l’appareillage électronique sensible aux surtensions.

• Impact sur la terre à proximité du réseau domestique:

C’est un cas assez peu fréquent, le potentiel de terre peut monter et générer une onde de surtension du même type qu’un impact direct sur le réseau domestique (voir cas précédents).

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Schéma: les impacts de foudre

Réseau EDF

Réseau domestique

Impact de

foudre

Impact de

foudre

Impact de foudre sur le réseau de distribution:

• Impact fort: les protections du réseau

vont gérer la surtension en coupant

momentanément la ligne impactée.

• Impact faible: la surtension va être gérée

par les parafoudres qui vont en évacuer

la majeure partie vers la terre. Une surtension

résiduelle peut néanmoins atteindre votre

réseau domestique si l’impact de foudre

est proche (moins de 1 ou 2km).

Les disjoncteurs modernes 500ma sélectifs

résistent en général assez bien à ces

surtensions résiduelles et ne déclenchent pas.

Impact de foudre sur le réseau domestique:

• Impact direct: seule la présence d’un

paratonnerre et d’un parafoudre peut

protéger complètement l’installation de

dommages. Cas assez rare néanmoins.

• Impact indirect: la surtension transmise par

le réseau de distribution peut entrainer des

dégâts en cas d’absence d’un parafoudre.

Dans les deux cas, des

disjoncteurs secondaires en

30ma peuvent se

déclencher pour absorber

une partie de la surtension,

même en présence de

parafoudre, sauf s’ils sont à

haute immunité (voir

disjoncteurs spécifiques).

Page 7: Protection électrique du risque d'orage

Comment protéger une

installation domestique?

Il y a plusieurs leviers possibles pour protéger une installation domestique contre les effets de la foudre.

Pour mettre en œuvre une protection appropriée au risque d’impact des orages, il est important de comprendre la configuration de l’installation et si possible avoir visibilité sur l’historique des perturbations qu’elle a subi.

Il faudra en particulier:

Vérifier la mise à la terre de l’installation et le cas échéant en réaliser une nouvelle si elle n’est pas conforme

Localiser les points de faiblesse éventuels de l’installation détectables en période orageuse

Installation d’un parafoudre

Installation de disjoncteurs spécifiques

Contrôle du bon fonctionnement de l’ensemble et diagnostic a posteriori

L’installation d’un paratonnerre doit être réalisée par des professionnels si elle s’avère réellement nécessaire (maison isolée sur une hauteur et réseau aérien par exemple). Un parafoudre de type 1 est indispensable en complément de l’installation d’un paratonnerre.

Page 8: Protection électrique du risque d'orage

La mise à la terre

La première chose à vérifier dans tous les cas est la mise à la terre de l’installation. La résistivité de la terre doit être inférieure à 100 ohms pour être conforme à la norme NF C15-100, et mais il est préférable qu’elle soit en dessous de 50 ohms pour être vraiment efficace.

Si l’installation domestique ne comporte pas de mise à la terre d’un niveau acceptable (boucle en fond de fouille), il est possible de réaliser une mise à la terre par l’intermédiaire d’un piquet de terre qui doit être enfoncé au minimum à 2 mètres de profondeur dans le sol.

Le sol à deux mètres de profondeur à une très bonne résistivité aux courants électriques et un potentiel proche de zéro

La mise à la terre va permettre d’absorber l’essentiel des surtensions dues à la foudre, mais protège également des courants de défaut liés à un court-circuit ou une mauvaise isolation d’un appareil domestique.

On mesure la résistivité d’une mise à la terre avec un telluromètre, appareil très coûteux donc plutôt faire intervenir un électricien pour faire cette mesure. Il est possible de l’évaluer avec un mesureur de boucle, mais la mesure sera dans ce cas plus approximative quoique suffisante.

On peut aussi vérifier l’existence d’une terre avec un appareil de test de prise électrique (à partir de 20 euros) mais cela ne donnera pas d’indication sur sa valeur, seulement l’indication d’un raccordement correct à la terre.

Page 9: Protection électrique du risque d'orage

Localiser les points de

faiblesse de l’installation Avant d’intervenir sur une installation domestique pour la protéger

contre les impacts de foudre, il est nécessaire de bien comprendre quels sont les points de faiblesse s’il y en a.

Questions typiques à poser:

Que se passe-t-il en cas d’impact de foudre? Est-ce qu’un disjoncteur en particulier se déclenche? Disjoncteur principal EDF? Un des disjoncteurs secondaire? Lequel?

Les appareils censés conserver le froid (congélateur, réfrigérateur) sont ils mis hors tension?

Le point de faiblesse est-il toujours le même? C’est-à-dire un disjoncteur en particulier? Ou est-ce qu’il y en a plusieurs?

Est-ce que le disjoncteur mis en cause ne serait pas trop sensible par rapport à son rôle dans l’installation (courbe B au lieu de C par exemple, ou ampérage insuffisant)?

En fonction des réponses à ces questions il sera possible de déterminer la meilleure approche pour protéger l’installation

Le cas de figure le plus complexe à gérer est celui où il n’y a pas de schéma identique se reproduisant, mais cela est assez rare.

Page 10: Protection électrique du risque d'orage

Installation d’un parafoudre

1/2 Dans presque tous les cas ou la protection contre l’orage est nécessaire voire

indispensable, il faut au minimum un parafoudre de type 2 dans le tableau principal.

L’installation d’un parafoudre suppose la présence d’une mise à la terre de bonne qualité, avec une résistivité si possible inférieure à 50 Ohms. A défaut, le parafoudre ne pourra pas jouer son rôle ou va se détériorer de façon précoce.

Le parafoudre doit être installé immédiatement après le disjoncteur différentiel EDF dans le tableau principal, et protégé par un disjoncteur dédié 20A courbe C pour éviter qu’il ne mette l’installation en défaut dans le cas où il se mettrait en court-circuit. Certains parafoudres intègrent d’ailleurs un disjoncteur (il sont auto protégés).

Le choix du parafoudre doit se faire en fonction de l’installation (monophasée ou triphasée) mais aussi de la surtension et l’intensité maximale de décharge estimée.

Un parafoudre doit pouvoir absorber une surtension de plusieurs dizaines de volts, et un surcroît d’intensité de 10KA au minimum.

La plupart des parafoudres standard du marché respectent ce minimum de performance, mais il vaut mieux choisir un parafoudre ayant des performances plus élevées par défaut.

Il est préférable de choisir un parafoudre à cartouches débrochables, ce qui évite d’avoir à changer la totalité de l’équipement lorsqu’il n’est plus opérationnel. On change seulement une cartouche si elle devient défectueuse.

Page 11: Protection électrique du risque d'orage

Installation d’un parafoudre

2/2 L’installation d’un parafoudre (de type 2 en règle générale) dans le

tableau principal permettra de protéger les équipements électriques standard du bâtiment (éclairage, chauffage, électroménager, etc…).

Elle ne permettra pas d’assurer entièrement la protection des équipements à haute sensibilité tels que:

• Equipements informatiques

• Téléviseurs, magnétoscopes

• Téléphonie, Box ADSL, etc…

On peut ajouter un second parafoudre sur les tableaux divisionnaires, si une protection accrue est nécessaire.

Pour les équipements informatiques, un bloc multiprise équipé d’une protection contre la foudre peut être utilisé, voire un onduleur si le risque d’orage est très élevé.

Pour les téléviseurs et magnétoscopes, il est possible d’ajouter une protection foudre sur le câblage coaxial d’antenne.

Il existe également des parafoudre spécifiques pour les lignes analogiques de téléphonie ou ADSL.

Page 12: Protection électrique du risque d'orage

Installation d’un parafoudre

Exemple

Tableau principal

Coupure

générale

Interrupteur

Différentiel

63A

Type A

Interrupteur

Différentiel

63A

Type AC

C3

2

C2

0

C1

6

C1

6

C1

0

C1

0

C1

0

C1

0

C2

0

C2

0

C1

6

C1

6

C1

6

C1

0

C1

0

C1

0

C2

0

Pa

rafo

ud

re

Typ

e 2

Bo

rnie

rd

e te

rre

Principe:

Le parafoudre doit être installé dans

la partie amont du tableau principal,

c’est-à-dire avant les interrupteurs ou

disjoncteurs différentiels des différentes

rangées du tableau. Si le tableau

comporte une coupure d’urgence, il peut

être installé immédiatement après.

Il doit être relié au bornier principal de

terre, avec une connexion la plus

courte possible vers le bornier.

Le parafoudre doit être protégé par

un disjoncteur divisionnaire courbe C

s’il n’est pas équipé d’un dispositif de

coupure autonome lorsqu’il arrive en

fin de vie.

Pour les parafoudres à cartouches

interchangeables, il est conseillé de

vérifier leur état périodiquement.

Un voyant indique si la cartouche est

défectueuse.

En triphasé, il y aura 3 cartouches Phase et

1 cartouche Neutre, mais le principe

d’installation est exactement le même.

Page 13: Protection électrique du risque d'orage

Les différents types de

parafoudre en domestique

Parafoudre de type 2 pour installation monophasée,

avec déconnection automatique en fin de vie.

Parafoudre de type 2 pour installation

monophasée avec cartouches débrochables

(peuvent-être changées en fin de vie).

Parafoudre de type 2 pour installation triphasée avec

cartouches débrochables.

Parafoudre de type 3 pour protection fine du

matériel électronique et informatique

Parafoudre modulaire pour téléphone et ADSL, à

installer sur l’arrivée de la ligne téléphonique.

Parafoudre pour ligne coaxiale, à installer sur les

circuits antennes de télévision ou satellite.

Page 14: Protection électrique du risque d'orage

Installation de disjoncteurs

spécifiques 1/2 Le parafoudre va absorber l’essentiel de la surtension ou

surintensité générée par l’impact de foudre, mais il ne sera pas toujours suffisant pour la neutraliser complètement.

La surtension résiduelle peut souvent provoquer le déclenchement d’un ou plusieurs disjoncteurs sur les tableaux secondaires.

Il existe sur le marché depuis plusieurs années des disjoncteurs de type HPI ou HI (Haute Immunité), censés résister aux surtensions fugitives telles que celles provoquées par la foudre. Ce type de disjoncteur est assez onéreux, mais peut suffire à absorber ces surtensions résiduelles et éviter que le circuit en aval soit privé d’alimentation.

Le disjoncteur HPI peut néanmoins se déclencher en cas de surintensité très importante, ou pour un problème spécifique au circuit comme une fuite à la terre.

La surtension va sans doute se manifester ailleurs, sur un autre circuit non protégé par ce type de disjoncteur. Ce n’est pas une protection absolue surtout si la résistivité de la mise à la terre n’est pas bonne ou si les protections en amont ne sont pas adaptées (problème de Sélectivité).

Page 15: Protection électrique du risque d'orage

Installation de disjoncteurs

spécifiques 2/2

Il faut impérativement que le Disjoncteur de Branchement soit de

type « S » pour qu’il déclenche avec un retard permettant à une

autre protection en aval de se déclencher.

Les protections entre le Disjoncteur de Branchement et le

disjoncteur HPI s’il y en a doivent également être à haute

immunité, sinon le circuit sera quand même mis hors tension.

Il est également important de laisser un ou plusieurs point de

faiblesse dans l’installation sans conséquence si déclenchement,

et de limiter le nombre de disjoncteurs HPI là où c’est

indispensable

Si toute l’installation est à Haute Immunité, alors le Disjoncteur de

Branchement déclenchera même s’il est Sélectif. Une telle

installation serait une « hérésie ».

Il existe d’autres solutions spécifiques avec des disjoncteurs à test

et réarmement automatique, mais cette solution n’est pas

conforme à la norme française NF C15-100.

Page 16: Protection électrique du risque d'orage

Contrôle de l’installation et

diagnostic a posteriori Une fois le parafoudre installé et le ou les disjoncteurs spécifiques mis

en place, il faudra bien sûr contrôler ce qui se passe lors d’une période orageuse.

Dans le meilleur des cas, l’installation va résister aux impacts de foudre et il n’y aura plus aucun déclenchement intempestif donc la protection sera effective.

Dans le pire des cas, assez peu fréquent, le problème va persister et il faudra chercher une autre solution ou la compléter.

Dans certains cas intermédiaires, le disjoncteur précédemment incriminé ne va plus se déclencher, mais le problème va se déplacer vers un autre circuit (une nouvelle faiblesse de l’installation va être identifiée):

• Soit cela n’a pas d’impact majeur sur la partie de l’installation qui va être privée de courant (éclairage ou appareils non critiques)

• Soit cela génère un nouveau problème avec risque de perte d’aliments réfrigérés ou congelés, risque de gel, etc… auquel cas il faudra revoir l’installation (mise à la terre, second disjoncteur HPI, etc…)

• C’est donc un processus itératif mais qui donnera des résultats positifs avec de la persévérance.

Page 17: Protection électrique du risque d'orage

Informations de contact

En cas de questions ou remarques sur ce document, ou si vous avez

besoin de conseils pour protéger une installation des effets de la

foudre, vous pouvez me contacter par email.

[email protected]

Page 18: Protection électrique du risque d'orage

AnnexeInformations complémentaires

Page 19: Protection électrique du risque d'orage

Carte du niveau kéraunique

en France

Les départements en rougesur cette carte indiquent unniveau kéraunique élevé, c’est-à-dire supérieur à 25

Il s’agit du nombre de jours d’orage avec impacts de foudre par an

Dans ce cas, l’installation d’un parafoudre est obligatoire

Elle est néanmoins recommandée dans les département où le niveau est proche de 25.