Dossier - Mai 2015
La protection foudre, c’est l’assurance tous risques des électriciens
Edito
« La protection foudre : un environnement normatif très riche »
La foudre peut être à l’origine d’événements accidentels sur les installations industrielles, soit par un impact direct qui génère un risque d’incendie ou d’explosion, soit par les effets des perturbations électriques sur les systèmes industriels de conduite ou de sécurité. Depuis 1993, la réglementation française impose l’évaluation du risque foudre, la définition des moyens de protection et de leur vérification. En 2008, la réglementation a intégré la qualification des professionnels de la foudre, depuis les fabricants jusqu’aux installateurs et aux vérificateurs. L’Ineris, établissement public à caractère industriel et commercial sous tutelle du ministère de l’Environnement, a mené des études sur les performances des dispositifs de protection et a créé le référentiel Qualifoudre de certification volontaire des opérateurs.
C’est au cours des années 2000, que l’Ineris a commencé à s’intéresser à la foudre en liaison avec les installations classées, ainsi qu’à la protection foudre des installations classées présentant un risque d’explosion. En 2005, l’Ineris avait certifié six fabricants de matériels. Aujourd’hui, 155 sociétés sont certifiées. Qualifoudre est devenu le schéma de certification volontaire reconnu par l’administration le plus important qui couvre l’ensemble des domaines de la profession.
L’Ineris a bâti un schéma complet couvrant l’ensemble des acteurs de la foudre : les fabricants de matériels, qui représentent 7 % de l’activité principale des professionnels qualifiés, les bureaux d’études chargés des dossiers d’analyse de risque foudre et des études techniques (24 %), les installateurs (68 %), les vérificateurs seuls (1 %). La certification de ces organismes comprend un audit chaque année par des auditeurs qualifiés. À l’issue de cet audit, l’entreprise doit répondre aux écarts qui lui ont été notifiés. Un rapport est ensuite émis, ainsi que les certificats associés, pour une durée de trois ans.
Pour être certifiées suivant le référentiel 3.3 Qualifoudre, les entreprises doivent être organisées suivant les chapitres 6 et 7 de la norme ISO 9001 (2008), qui concernent le management des ressources humaines et matérielles et la réalisation du service ou du produit.
Le cadre réglementaire principal est l’arrêté du 4 octobre 2010 modifié par l’arrêté du 19 juillet 2011, qui rappelle les différentes étapes à respecter pour certifier une installation conformément à la réglementation. Depuis le 1er juillet 2014, la certification porte aussi sur les personnes qui reçoivent des certificats de compétence suivant les niveaux N1 (opérateur), N2 (vérificateur, approbateur), N3 (référent technique), N4 (formateur, expert). Si le niveau N1 correspond à une habilitation émise par l’entreprise elle-même sur la base de prérequis de formation, les quelque 500 certificats de compétence N2 à N4 ont été émis par l’Ineris. Pour l’heure, le nombre de personnes au niveau N4 est limité à une dizaine d’experts et de formateurs.
Le cadre normatif est quant à lui très riche. Il est constitué notamment par la norme NF C 17-102 spécifique aux paratonnerres à dispositif d’amorçage et par les normes de la série NF EN 62305-x, qui abordent les différentes étapes requises pour la protection foudre : NF EN 62305-2 pour l’analyse de risque foudre, NF EN 62305-3 et -4 pour les études techniques et le choix des équipements de protection. La performance des parafoudres basse tension se base sur la norme produit NF EN 61643-11 et leur choix selon la norme CEI 61643-12. Le domaine comporte également des normes ayant trait à la conformité des composants utilisés pour la protection intérieure et extérieure (série NF EN 62561-x et NF EN 50164-x).
Attention ! Pour certaines normes, telles que la NF EN 62305, coexistent des versions 2006 et 2012 mentionnées dans certains textes réglementaires. Des notes techniques sont mises en ligne à ce sujet sur le portail de l’Ineris.
Dominique Charpentier, responsable pôle certification Ineris
La protection foudre, c’est l’assurance tous risques des électriciens
Les surtensions dues à la foudre sont responsables de 25 % à 40 % des dégâts occasionnés aux équipements. Si l’on y ajoute les surtensions transitoires ayant d’autres origines, ce sont près de 60 % des dommages électriques qui peuvent être évités par l’installation de parafoudres. Démonstration !
Comment se protéger contre le choc de la foudre ? Pour Alain Rousseau, président de la Société d’études et de fabrication des techniques modernes (Seftim), « l’analyse du risque foudre est un outil de plus en plus utilisé pour connaître le risque et déterminer le besoin. C’est un outil qui peut être compliqué (cas de la protection des centrales nucléaires ou d’un bâtiment industriel) ou beaucoup plus simple, si l’on traite un bâtiment de petite taille ou une habitation ». Il est quelques tours encore en construction à Paris et dans sa région : le risque foudre y est systématiquement pris en compte pour leur protection. De telles tours abritent de nombreux occupants dont la protection est moins simple… Il faut alors trouver des technologies capables de dériver la foudre : « Ainsi en est-il, par exemple, des câbles isolés, capables de conduire la foudre sans transiter par le bâtiment. Ils sont commercialisés par trois sociétés allemandes, Dehn, Obo Bettermann et Pröpster, et une société internationale, Erico, précise Alain Rousseau. Une technologie spécialisée, mise en œuvre par des installateurs ayant suivi une formation particulière pour tenir compte des contraintes (limitation du rayon de courbure, protection du conducteur…), et pour laquelle un projet de norme existe : IEC 62561-8. »
Système de protection foudre
Prendre en compte l’approche globale de la foudre : c’est sur cette base qu’est née la société Franklin France en 1980. « L’un des acteurs majeurs du marché de la protection foudre en France », estime Yannick Hénaff, son directeur général. Le système de protection foudre ou SPF préconisé est un système complet associant :
– le paratonnerre de type Franklin, paratonnerre à dispositif d’amorçage (PDA) ou autre, selon la norme française NF C 17-102 qui définit la procédure d’évaluation d’un PDA ;
– des descentes qui ramènent la foudre du point haut vers le sol ;
– une prise de terre foudre qui est équipotentielle avec la prise de terre du bâtiment ;
– les équipotentialités (liaison à des échelles à crinoline…) ;
– et… les parafoudres de type 1 à l’entrée des lignes pénétrant dans le bâtiment.
Les parafoudres sont structurés par la norme produit NF EN 61643-11 relative aux réseaux d’énergie, en trois types :
– le type 1 correspond à l’exigence d’équipotentialité. Il permet de faire en sorte que le système d’alimentation soit au même potentiel que le reste de l’installation. Ce parafoudre va supporter une partie du choc de foudre direct arrivant sur le paratonnerre. Mais comme le parafoudre ne protège pas parfaitement l’installation, on est obligé de lui associer d’autres parafoudres ;
– les parafoudres de type 2, que l’on retrouve dans toute l’installation. Ils sont là pour protéger le matériel : il peut s’agir d’une prise qui va protéger un élément électronique ou d’un parafoudre installé dans un tableau divisionnaire. Ces parafoudres sont soumis à des tests en onde de courant 8/20 µs (Imax et In) ;
– le parafoudre de type 3 n’apparaît pas dans la norme NF C 15-100. Ceux-ci sont testés avec une onde combinée 1,2/50 µs-8/20 µs.
Dans le panel de la vingtaine de fournisseurs de parafoudres présents sur le marché français, on trouve différents profils de sociétés :
– de rares entreprises fabriquent des parafoudres HT, dont Dervasil : ses principaux clients sont ErDF et ses partenaires. Par contre, hors de nos frontières, on trouve moult entreprises, comme Siemens, Tyco, ABB et de nombreux fabricants asiatiques ;
– les spécialistes du parafoudre BT ou du parafoudre et du paratonnerre (Adee, Citel, Dehn, Franklin, Phoenix Contact, Schneider Electric, Socomec, etc.). Ils offrent une large palette de références. Aux dires de Régis Reeb, responsable marketing et support technique de Dehn France, « Dehn + Söhne est le plus important fabricant au monde de protections contre la foudre ». Pour sa part, Citel a complété sa gamme de protections informatiques par l’acquisition de la société américaine Cylix. De son côté, Eutélec est une PME qui distribue ses produits tant en direct que par l’intermédiaire de ses 14 partenaires pour lesquels elle fabrique des parafoudres en OEM (commercialisés sous leur propre marque). Éric Dijoux, son technico-commercial insiste sur « la technologie TCG, une avancée majeure dans le contrôle de la limitation de l’intensité, quelle que soit la tension aux bornes du parafoudre. Ainsi équipé, le parafoudre est capable de tenir une surtension permanente équivalente au double de sa tension de fonctionnement normal, et de toujours garantir une protection contre les surtensions et la sécurité des installations ». Écoutons aussi Olivier Pellissier, Product Manager de Phœnix Contact qui « a présenté sa toute nouvelle gamme à l’occasion de la foire internationale de Hanovre en avril 2015. Son nom : Safe Energy Control » ;
– les « généralistes » électriques (Schneider Electric, Legrand, Hager…) ont une offre limitée de parafoudres… Du côté de Wago, ceux-ci ne constituent qu’un complément d’offre pour ceux des utilisateurs désireux de protéger leurs installations d’automatisme, en particulier en présence de grandes longueurs de câbles ou de variateurs de vitesses susceptibles de perturber les installations. « Nos développements portent sur les parafoudres qui protègent les bus de communication, notamment KNX et prochainement Modbus », dévoile Philippe Bloch, chef de produit tertiaire chez Hager. Intéressant également à consulter : le portail web « Best offres - Schneider Electric », où toutes les informations sur la foudre et les parafoudres sont consignées. Deux sessions d’e-learning ludiques à destination des clients et des vendeurs rendent la foudre plus accessible ;
– des spécialistes d’un domaine particulier (Mersen, Phoenix Contact, Weidmüller, etc.) qui ont un département intervenant aussi dans le domaine du parafoudre ;
– le parafoudre terminal qu’on branche directement sur les équipements finals protégés. C’est la famille des multiprises parafoudres représentée par de nombreux offreurs. Les évolutions concernent les CPL (courant porteur en ligne), utilisés pour transporter un signal informatique via le réseau électrique. Mais le parafoudre terminal bloque le signal : « Nous avons mis en œuvre des filtres spécifiques qui permettent aux CPL de jouer leur rôle sur une prise dédiée de façon à laisser passer les signaux en émission comme en réception », annonce Laurent Badiali, IT channel marketing manager Europe du Sud chez Eaton.
Si le gros du marché est celui du parafoudre pour réseau électrique basse tension, d’autres marchés sont couverts, comme celui des réseaux de télécommunications, des réseaux de distribution d’énergie, des réseaux informatiques (y compris le PoE, Power over Ethernet), des réseaux coaxiaux (câbles d’antennes…). De son côté, José Batista, responsable marketing chez Weidmüller fait référence à la norme Machine NF EN ISO 13849-1 ayant trait à la sécurité fonctionnelle des systèmes de commande des machines, où il est explicitement indiqué la nécessité de prendre en compte la protection contre les surtensions.
Voici d’autres marchés très spécifiques : celui du photovoltaïque, de l’éolien, de l’éclairage urbain à base de LED, des centrales d’alarme, les réseaux de recharge de voitures électriques, la détection incendie… Il est un fait que tout équipement sensible exige une protection contre les surtensions transitoires, qu’il s’agisse de la protection des conduits (pétrole, gaz…), du ferroviaire, de l’éclairage urbain intégrant une électronique massive ou encore des réseaux installés en zone Atex.
Des évolutions technologiques
« La grande évolution concerne le comportement du parafoudre en fin de vie, annonce Claude Fossé, Product Marketing Manager de GE Energy Management. Autrefois, les parafoudres en fin de vie mettaient l’installation en court-circuit. Aujourd’hui, ils se mettent en sécurité : ils ne sont plus protégeant, mais ils n’engendrent pas de court-circuit sur l’installation. »
De multiples améliorations de gammes sont annoncées : produits plus puissants, plus efficaces, plus sécurisés, et ce, toujours en conformité avec les normes qui, elles, se durcissent. « Nos parafoudres sont prévus avec un contrôle à distance de façon à connaître l’état de la varistance, dit Guy Lyonnet, directeur technique de Finder France. En façade, un voyant indique l’état du parafoudre : vert s’il est en état de fonctionner et rouge s’il faut le changer. »
« Citel suit les évolutions des besoins de la société, admet Christian Macanda, son responsable produits-normalisation. Parafoudres ultracompacts pour l’éclairage LED urbain (protection selon le besoin, au niveau de la tête du luminaire ou à la base du poteau dans la boîte de jonction) et éclairage architectural, de nouvelles gammes pour les installations photovoltaïques équipées de paratonnerre, chargeurs de véhicules automobiles, PoE (Power over Ethernet), réseaux Atex (produits débrochables certifiés Atex couvrant l’ensemble des besoins industriels)… »
À surveiller : les parafoudres qui incluent le déconnecteur, sachant que celui-ci est obligatoire. Il faut que le parafoudre (souvent à base de varistance) soit sûr. La plupart du temps, il dispose d’un indicateur muni d’une petite fenêtre : de couleur verte, tout va bien… Sinon, quand elle est rouge, c’est que la situation a évolué. Il faut alors changer le parafoudre. Quid du parafoudre à base d’éclateur qui ne possède pas d’indicateur ? Comment alors savoir s’il n’est pas passé en court-circuit ? Pour éviter tout dommage au réseau, on met en série un déconnecteur (fusible ou disjoncteur) intégré par le fabricant.
Le choix du déconnecteur est compliqué, mais correspond à une obligation : Qualifoudre a émis une note pour faire son choix et s’assurer que tout le monde applique les règles de la même façon… Certains fabricants (Schneider Electric, Legrand, ABB, Dehn) intègrent directement le déconnecteur (disjoncteur ou fusibles) dans le produit, au même titre que le déconnecteur thermique. Dès lors, l’installateur n’a plus besoin de choisir ses déconnecteurs. C’est le fabricant qui s’engage !
Les parafoudres multiservices protègent à la fois l’alimentation électrique et la téléphonie, les réseaux de données ou de télécommunications qui doivent eux aussi être protégés. Une ligne non protégée pénétrant dans un bâtiment est le point d’accès privilégié pour le passage de surtensions.
« Forum de l’APF »
Un événement majeur organisé par l’APF (Association protection foudre) autour de la protection foudre, le « Forum de l’APF », est organisé pour la quatorzième fois, le mardi 17 novembre 2015 de 9 h 30 à 16 h 30, dans l’amphithéâtre de la CSEE, 10, rue du Débarcadère, à Paris (XVII).
Les parafoudres deux ports
Les parafoudres sont pour la plupart des éléments de protection à un port, montés entre une phase et la terre, ou entre le neutre et la terre. Il est aussi des parafoudres à très bas niveau de protection, qui disposent d’un port d’entrée (là où arrive la surtension) et d’un port de sortie (vers l’équipement à protéger). À l’intérieur, se trouvent des éléments de découplage, par exemple une varistance en tête, puis une self de découplage, enfin une seconde varistance. En sortie de ces parafoudres deux ports, le niveau de protection Up est bas et autorise une protection même si le matériel protégé est distant (de 50 m, voire plus dans certains cas), alors que, en général, le parafoudre standard ne protège qu’à proximité, à 10 m au plus. De tels parafoudres deux ports peuvent être posés en armoire à l’entrée de l’installation dans laquelle il n’y a plus d’autres parafoudres. Parmi les fabricants proposant de tels parafoudres, citons Erico International Corporation.
Des parafoudres pour l’éclairage public
Les nouvelles technologies à LED, bien qu’écologiques, sont sensibles aux surtensions transitoires de par leur électronique. « ABB s’est rapproché des plus grands acteurs du marché afin de proposer une toute nouvelle solution adaptée aux contraintes d’encombrement dans les poteaux des candélabres, dit Jean-Philippe Garzon, chef de produits parafoudres et paratonnerres chez ABB France. Le nouveau parafoudre PM EP 15-275 RES est né. » De son côté, Adee propose plusieurs solutions à diodes zener Fusadee avec la capacité à protéger l’électronique en pied de poteau.
La protection foudre des réseaux instables :
Les réseaux de distribution normalisés et stables représentent la majorité des cas en France. Cependant, pour certaines applications industrielles (éoliennes, moteurs avec variateur de vitesse…), il est possible de trouver des réseaux où la régulation en tension n’est pas idéale. Or, les parafoudres sont très sensibles aux variations de tension, car celles-ci influencent la durée de vie des varistances et donc de la protection contre les surtensions transitoires. Dans le but d’assurer la protection foudre de ces applications avec des tensions instables et de garantir une durée de vie des parafoudres optimale, ABB & Soulé propose une gamme de parafoudre spécialement conçue pour ce type de réseau.
Retour sur la technologie sous-jacente
La protection BT résulte d’une convergence de technologies combinant éclateurs et varistances. On trouve sur le marché toutes les combinaisons possibles de parafoudres :
– les éclateurs (éclateurs commandés, éclateurs à gaz, éclateurs de relais), dont la technologie provient des télécommunications ;
– les varistances, développées à l’origine pour les parafoudres haute tension ;
– les parafoudres avec déconnecteur intégré.
Quelques fabricants utilisent des diodes Zener : ainsi en est-il d’Adee Electronic. Les diodes sont très rapides (donc niveau de protection très bas), très vite en court-circuit : le signal est alors bloqué, mais aucune surtension ne passe. « Nous sommes les seuls à avoir un niveau de protection Up de 0,8 kV, pour un courant nominal de décharge In de 0,1 à 3 kA », assure Yannick Rouet, directeur commercial chez Adee. Inconvénient : ce parafoudre ne peut être utilisé à l’entrée de l’installation. Il convient donc d’y placer un parafoudre à varistance et de protéger le matériel très sensible en positionnant des parafoudres à diodes à côté.
Essentielle coordination entre parafoudres
La coordination est une étape fondamentale dans la protection contre la foudre. Il faut en effet que, sur une même ligne, tous les parafoudres de l’installation soient coordonnés entre eux. Cette coordination peut être démontrée par le calcul ou par des essais : des laboratoires se chargent des essais spécifiques de coordination. On peut aussi utiliser à cet effet les données du fabricant, ce qui implique concrètement de ne faire usage que des parafoudres de ce fabricant. Impossible alors de mélanger les produits de différents fabricants.
Jean-Claude Festinger
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