Téléchargement gratuit - Direction technique Eau, mer et fleuves

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Cetmef
centre d'études
techniques
maritimes
et fluviales
les outils
Signalisation maritime
Documentation technique
Ingénierie des aides
à la navigation
Transpondeur
AIS
Transpondeur
AIS
Protection des Etablissements de Signalisation Maritime
et de Surveillance de la Navigation Maritime
contre l’électricité atmosphérique et la foudre
MAI 2005
PROTECTION DES ESM CONTRE L’ELECTRICITE ATMOSPHERIQUE ET LA FOUDRE
SOMMAIRE
1. PREAMBULE
p.1
2. GENERALITES SUR L’ELECTRICITE ATMOSPHERIQUE
p.2
A. CHAMP ELECTRIQUE TERRESTRE
p.2
B. LES ORAGES
p.3
B.1. Electrisation des particules
B.2. Formation des orages
B.3. Champ au sol
C. LA FOUDRE
p.5
C.1. Apparition de la décharge disruptive
C.2. Charges d’espace – Effet couronne
C.3. Propagation de la décharge – Apparition d’un « traceur »
C.4. Saut final
C.5. Arc en retour et décharges subséquentes
3. DENSITE DES COUPS DE FOUDRE – AUTRES DECHARGES
p.12
A. DENSITE DES COUPS DE FOUDRE
p.12
B. AUTRES DECHARGES
p.13
B.1. Décharges intra-nuage
B.2. Orages de chaleur
B.3. Autres phénomènes de décharges localisées
B.4. Décharges d’électricité statique
C. L’IMPULSION ELECTROMAGNETIQUE NUCLEAIRE HAUTE ALTITUDE
p.14
D. DECHARGES DE FOUDRE ET COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE
p.16
4. EFFETS DE LA FOUDRE ET PRINCIPE DES PROTECTIONS
p. 17
A. EFFETS DE LA FOUDRE
p.17
B. PHENOMENE D’IMPACT – PARATONNERRE
p.17
B.1. Décharge descendante négative
B.2. Décharge descendante positive
B.3. Décharges ascendantes positives et négatives
B.4. Paratonnerres à dispositif d’amorçage
C. ECOULEMENT DE LA DECHARGE
p.21
C.1. Courant crête et surtension
C.2. Inductions
C.3. Rayonnements
D. EFFETS SECONDAIRES
Centre d’Etudes Techniques Maritimes et Fluviales
p.23
5. PROTECTION CONTRE LES DANGERS DE L’ELECTRICITE
ATMOSPHERIQUE – MESURES A PRENDRE – DISPOSITIFS A
UTILISER
p.23
A. GENERALITES
p.23
B. PRESCRIPTIONS CONCERNANT LES DIVERS ETABLISSEMENTS
B.1. Bouées
B.2. Tourelles
B.3. Phares
B.4. Bâtiments
B.5. Navires
B.6. Aérogénérateurs
B.7. Panneaux solaires
B.8. Antennes
p.24
C. PRESCRIPTIONS COMMUNES
p.27
C.1. Masses
C.2. Canalisations
C.3. Descentes de terre
C.4. Prises de terre et de mer
C.5. Raccordement aux lignes électriques, téléphoniques et de signaux H.F. et B.F.
C.6. Neutre des installations
C.7. Parafoudres
D. COMPOSANTS DE PROTECTION
D.1. Eclateurs
D.2. Varistances
D.3. Diodes à absorption
D.4. Protection série
p.34
E. MESURES DE PRECAUTION
E.1. Vérification des installations de protection
E.2. Prescriptions diverses
p.36
6. BIBLIOGRAPHIE
p.37
7. ANNEXES ET PLANCHES
p.38
ANNEXE 1 : Réalisation des prises de terre et de mer
ANNEXE 2 : Mesure des prises de terre
ANNEXE 3 : Réalisation de protections parafoudre
ANNEXE 4 : Terminologie
ANNEXE 5 : Questionnaire, compte-rendu de visite
PLANCHE 1 : Exemple schématique de la protection d’un phare
PLANCHE 2 : Exemple de protection d’une station radio
PLANCHE 3 : Exemple de protection d’une station radar
p.41
p.46
p.51
p.58
p.61
dispositif expérimental d’essai au LEHT des Renardières
1. PREAMBULE
•
Ce document annule et remplace l’instruction IBIM 0280 édition de décembre 1997 du Service
Technique de la Navigation Maritime et des Transmissions de l’Equipement.
•
Les établissements de signalisation maritime et de surveillance de la navigation sont, du fait de leur
hauteur et de leur isolement, particulièrement exposés aux décharges de la foudre. De plus,
l'intégration de matériels comprenant des composants électroniques leur confère une fragilité aux
surtensions. Le présent livret a pour objet de donner des conseils sur la manière de disposer les
installations pour limiter les effets destructeurs se rattachant aux manifestations de l’électricité
atmosphérique et spécialement la foudre.
1
•
Les normes françaises NF C 15 100, NF C 17 100 et NF C 17 102 contiennent des prescriptions
précises pour l’installation des prises de terre, des paratonnerres et des matériels de protection contre
les surtensions. Ces normes sont prises comme référence aux dispositions détaillées ci-après.
•
On examine au chapitre 2 les principes physiques des décharges atmosphériques, puis au chapitre 3
leurs manifestations. Le chapitre 4 décrit les effets sur les systèmes et le principe des protections. Le
chapitre 5 présente les mesures à prendre et les dispositifs de protection à utiliser dans les installations
de signalisation maritime.
2. GENERALITES SUR L'ELECTRICITE ATMOSPHERIQUE
A. CHAMP ELECTRIQUE TERRESTRE
Les couches supérieures de l'atmosphère, à partir de 50 km d'altitude, sont ionisées par le
rayonnement électromagnétique et le flot de particules émises par le soleil que l'on appelle "vent
solaire."
fig.1 processus d'ionisation des molécules de l'atmosphère
Cette ionisation diminue fortement dès disparition du soleil du fait de recombinaisons des charges
des particules entre elles, mais ne disparaît pas totalement en raison du libre parcours moyen élevé entre
particules.
Cette ionisation n'est pas équilibrée : on constate dans l'atmosphère un plus grand nombre de
charges positives et un défaut de charges négatives, défaut que l'on attribue à la plus grande mobilité des
charges négatives.
Ces charges positives vont émigrer lentement vers la terre en formant un courant appelé "courant
de beau temps". Ce courant, intégré sur toute la surface du globe, est évalué entre 1000 A et 2000 A.
La charge de la terre va donner lieu à un champ électrique de l'ordre de 100 V/m variant d'environ
15 % dans la journée, le maximum étant atteint l'après-midi.
Les orages estimés à 300 par jour en moyenne jouent un rôle régulateur en limitant la charge
électrique au sol et donc le champ électrique ambiant. (réf. bibl. 13)
2
fig.2 mouvement des porteurs de charges négatives autour de l'orage
B. LES ORAGES
Les orages procèdent du même principe d'électrisation que les décharges statiques. Les principes
généraux permettant d'expliquer la formation de la foudre sont décrits ci-après.
B.1. Electrisation des particules
Toute particule se caractérise par une tension triboélectrique liée à sa constante diélectrique. Si
deux particules électriquement neutres sont mises en contact puis séparées, celle dont la constante
diélectrique est la plus élevée se chargera d'électricité positive, l'autre se chargera de la même quantité
d'électricité négative. Il se produit un transfert de charges électriques égales et de signes contraires.
fig.3 principe d'électrisation des particules
Un nombre élevé de chocs n'a pas pour résultat d'annuler les charges par recombinaison, mais de
renforcer leur nombre.
Le courant de charge est proportionnel au nombre d'impacts par unité de temps, soit à la vitesse
relative des particules, à la densité de particules par unité de surface et à la surface d'impact : (réf. bibl.
15)
I=αvS
I : courant de charge
v : vitesse d'impact
S : surface d'impact
α : coefficient = 0,1 pour gouttelettes d'eau dans un nuage type strato-cumulus
= 1,5 pour flocons de neige
= 10-3 pour cristaux de sel
3
Lorsque le potentiel créé par ce courant de charge atteint la limite de conductibilité de l'air ou du
diélectrique support, il y a formation de décharge statique. La tension de claquage a pour expression :
V=
li
σS
V : potentiel de décharge
l : longueur de l'arc
i : courant de charge
σ : conductibilité de l'isolant : 3 10-14 siemens/mètre pour l'air
S : surface de l'équipement considéré
B.2. Formation des orages
Les orages se développent dans les nuages du type cumulo-nimbus qui résultent de la violente
instabilité thermodynamique se produisant lorsqu'un apport d'air chaud et humide fait irruption à la base
de couches sèches à gradient thermique fortement négatif.
Ces masses d'air, en se condensant en gouttelettes d'eau puis de cristaux de glace, libèrent de
grandes quantités d'énergie sous forme de chaleur latente qui va renforcer le premier moteur
ascensionnel.
Ce phénomène se poursuit jusqu'à l'ionosphère, soit environ 12 à 15 km d'altitude, là où la
température s'inverse.
Le processus fait intervenir des collisions entre les différentes particules d'eau condensées. Les
cristaux de glace se chargent positivement vers le sommet du nuage par frottement avec les particules de
grésil, et négativement aux températures plus basses en présence des gouttelettes d'eau.
La figure 4 représente la répartition des charges statiques dans un nuage "mûr". (réf. bibl. 16)
fig.4 anatomie d'un nuage d'orage
B.3. Champ au sol
Lorsqu'un nuage orageux, ainsi chargé positivement dans sa partie supérieure et négativement dans
sa partie inférieure (avec éventuellement inclusions de portions chargées positivement), se présente audessus d'une région, le champ électrique au sol de l'ordre de 100 V/m par beau temps s'inverse et croît
dans de fortes proportions.
4
Les aspérités (végétation, constructions, relief...) créent des charges d'espace qui limitent le champ
au sol (jusqu'à environ 50 m) à une valeur moyenne de 15 kV/m. (réf. bibl. 14)
champ électrique en kV/m
kV
10
5
0
temps
5s
10 s
15 s
décharges
fig.5 évolution du champ au sol
C. LA FOUDRE
C.1. Apparition de la décharge disruptive
L'apparition d'une décharge résulte de la présence simultanée :
•
d'un "électron germe" imprimant au phénomène un double caractère aléatoire dans le temps et
l'espace ;
•
d'un champ à proximité de l'électrode ou de la cellule de charge, supérieur à un champ
critique ;
•
d'un champ à distance élevé conditionnant la propagation de la décharge.
Les décharges entre nuage et sol se différencient par la polarité et le sens du phénomène
précurseur.
C.2. Charges d’espace – Effet couronne (réf. bibl. 17 à 20)
C.2.1. En présence du champ élevé au voisinage d'une pointe, la densité superficielle de charges va
se trouver modifiée selon les lois de l'électrostatique et en particulier celle de Laplace.
Il en résulte une modification locale des surfaces équipotentielles et une augmentation locale du
champ électrique.
fig.6 déformation des lignes de force et surfaces équipotentielles autour d'un demi-ellipsoïde pointu
5
Une approximation grossière du facteur d'amplification du champ peut être apportée par la formule:
E = k E0
avec k = h/r
h : hauteur de l'ellipsoïde
r : rayon au sommet de l'ellipsoïde
A partir d'une valeur Ec, appelée champ critique, il se produit une ionisation locale de l'atmosphère.
La valeur approchée de ce champ critique est donnée par la formule expérimentale de PEEK :
Ec = Eo(1 +
a
r
)
avec Eo = 31 kV / cm à pression normale de l'air sec
a = 0,3 pour un fil, 0,4 pour une sphère
r = rayon en cm
C.2.2. Pour une décharge de polarité négative, les électrons émis par la pointe et accélérés par le
champ électrique vont ioniser par choc les molécules d'air environnantes et, par un phénomène
d'avalanche, vont ioniser à leur tour d'autres molécules d'air. Il en résulte une charge d'espace qui tend à
réduire localement le champ qui lui a donné naissance.
apparition d’un électron germe
déclenchement de l’avalanche
ionisation avec réduction du champ local
fig.7 effet couronne en polarité négative
Le retour à un niveau d'énergie de repos des particules ionisées s'accompagne d'une émission de
photons, phénomène visible qui a donné son appellation de "couronne".
C.2.3. Pour une décharge de polarité positive, l'avalanche prend naissance dans l'environnement de
la pointe. Les phénomènes lumineux, ou effluves, sont plus importants qu'en polarité négative car les
particules ionisées se dégagent plus tôt et pour des valeurs de champ plus faibles. En milieu marin on
appelle ces effluves "feux de St Elme".
apparition d’un électron germe
déclenchement de l’avalanche
ionisation avec réduction du champ local
fig.8 "effet couronne" en polarité positive
6
On peut constater qu'en l'absence de la troisième condition énoncée au C.1., on n'obtient pas de décharge,
mais une charge d'espace plus ou moins importante suivant le champ appliqué.
C.2.4. Des décharges ascendantes peuvent se développer par expansion de la charge d'espace vers
le nuage chargé. Ce cas est surtout constaté en polarité positive où les particules ionisées sont
naturellement repoussées par la force de Coulomb produite par la pointe (voir fig.8) et, de plus, attirées
par les charges opposées du nuage.
De telles décharges sont constatées à partir d'installations de grande hauteur, isolées, ou pour des
décharges provoquées (par exemple à l'aide d'une fusée reliée par un fil à la terre).
A contrario en polarité négative, les ions vont émigrer vers l'électrode et réduire l'effet de pointe.
La circulation des électrons donne lieu à un courant d’ionisation qui reste très faible, inférieur à la
centaine de mA ; ce phénomène ne peut donc "décharger un nuage", mais simplement amorcer une
décharge.
Le coup de foudre descendant est le phénomène le plus généralement observé.
C.3. Propagation de la décharge – Apparition d’un « traceur »
Lorsque les conditions rappelées en C.1. sont satisfaites, il va se développer un canal ionisé de
quelques centimètres pour une décharge simulée en laboratoire, ou de plusieurs mètres, dizaines de mètres
de longueur pour la foudre.
C.3.1. En polarité positive (le précurseur est positif), on observe en laboratoire, après la première
phase d'effet couronne décrite en C.2., une période sombre pouvant durer de 20 à 150 microsecondes,
puis formation d'un canal d'une certaine longueur et développement d'un nouvel effet couronne. La
période sombre serait due à une phase de recombinaison des charges avant thermalisation et conduction
du plasma ainsi formé.
positifs
fig.9 développement d'un traceur par bonds en polarité positive
C.3.2. En polarité négative (le précurseur est négatif), le phénomène est plus complexe. A la suite
d'un premier effet couronne, apparaît en laboratoire, un dipôle de charge spatial créant deux effets
couronne opposés, l'un positif dirigé vers l'électrode, l'autre négatif dirigé dans le sens de la propagation.
Ce dipôle peut se propager. Lorsque la connexion entre le dipôle et la source d'origine s'établit, il y a
illumination avec production d'un ou de plusieurs autres dipôles spatiaux.
7
effluves
positifs
négatifs
effluves
négatifs
fig.10 développement d'un traceur par bonds en polarité négative
C.3.3 La propagation d'un traceur positif ou négatif n'est pas uniforme. Elle se fait par saccades
brusques de longueur métrique, voire décamétrique, et une vitesse de 1 à 10 mètres par micro-secondes.
Ce phénomène explique l'importance du bruit radioélectrique enregistré sur ces gammes d'onde par
temps d'orage.
C.3.4. On observe des ramifications importantes d'un traceur descendant à l'approche du sol (cf.
figure 13). On observe une ramification inverse d'un traceur ascendant positif à l'approche d'un nuage.
C.3.5. On observe quelquefois le phénomène dit de "boule de feu" qui se présente sous la forme
d'une boule lumineuse de 10 à 50 cm de diamètre, se déplace dans les constructions de façon erratique ,
causant des dégâts imprévisibles mais souvent mineurs. Il s'agit vraisemblablement d'une masse d'air
fortement ionisée, type dipôle décrit ci-dessus, produite à l'extrémité inférieure d'une décharge secondaire.
Seul un laboratoire japonais a pu reproduire (à l'heure actuelle) un tel phénomène à l'aide d'un dispositif à
décharges associant des hautes tensions et des niveaux de champ radioélectrique importants.
C.4. Saut final
En polarité positive, on estime que le dernier effet couronne va déterminer le point d'attachement.
La longueur du filament (ou effluve) constitue la distance d'amorçage.
En polarité négative, les charges d'espace vont être au contraire attirées par la pointe du traceur qui
draine une forte concentration de charges occasionnant des valeurs de champ de 400 à 500 kV/m. Le
point d'attachement sera celui qui aura émis l'effluve ascendant le plus rapide.
C.5. Arc en retour et décharges subséquentes
Le courant d’ionisation initiant l’effet couronne est de quelques mA. L'ionisation du canal
conducteur, ainsi amorcé, s'accompagne d'un accroissement brutal du courant dû à l'écoulement des
charges.
L'arc en retour se propage à une vitesse de l'ordre de 108 ms-1( soit 100m/µs).
Les charges déposées par le traceur par bonds le long des canaux ionisés sont drainées par l'arc en
retour, il s'ensuit une contraction brutale de cet arc, la production d'un éclair lumineux et la production
d'une onde de choc, le "tonnerre", dont la pression est d’environ :
p = 0,2 105/d N/m² (d = distance de l'éclair en m).
8
En polarité négative le premier arc en retour de durée de front de 1,8 µs à 18 µs, de pente de 9 à 65 kA/µs
est suivi par en moyenne 2,2 décharges secondaires d'amplitude plus faible. Ces décharges sont
initialisées par des "traceurs flèches" progressant de manière continue.
En polarité positive on ne constate que rarement plus d'un arc en retour. Sa raideur est beaucoup
plus faible, puisque inférieure à 5 kA/µs pour 50% des cas, mais d'amplitude plus élevée, pouvant
dépasser les 250 kA.
amplitude (kA)
300
200
décharges positives
100
décharges négatives
0
98%
95%
80%
50%
5%
fig.11 répartition des caractéristiques des décharges de foudre en amplitude (d’après CEI 1024-1-1)
La pente n'est pas uniforme, à l'approche de la valeur crête, elle peut être cinq à dix fois plus
élevée, ce qui conduit à des valeurs de 100 à 300 kA/µs en polarité négative (cf. bibliographie 15).
Un courant persistant de quelques centaines d'ampères va fréquemment suivre le premier arc et
parfois le suivant. Il va drainer une partie de la charge du nuage.
La durée totale du phénomène peut atteindre une seconde. L'impression visuelle de la décharge
incluant l'arc en retour et les arcs subséquents a donné son nom à "l'éclair".
La charge totale (en coulomb) neutralisée par un éclair présente les valeurs suivantes (d’après CEI
1024) :
coups de foudre
premier coup de foudre négatif
coups de foudre négatif suivants
éclairs négatifs
éclairs positifs
Fréquence cumulée
95%
1,1
0,2
1,3
20
50%
5,2
1,4
7,5
80
5%
24
11
40
350
L'énergie rayonnée par les différentes décharges d'un orage est de 103 J à 105 J pour les décharges
négatives et 104 J à 107 J pour les décharges positives ; alors que l'énergie sous forme de chaleur latente,
mise en jeu dans un cumulo-nimbus est de l'ordre de 1015 J. Les éclairs ne constituent donc pas un
phénomène énergétique majeur.
Le rayonnement des « traceurs » et de l’arc en retour est particulièrement intense dans la bande des
basses et très basses fréquences 1 kHz à 300 kHz. Des composantes du spectre de fréquences sont
toutefois observées au-delà de 1 GHz. (réf. bibl. 21 et 22)
9
fig.12 phases de la production d'une décharge atmosphérique (descendante, négative) - développement
d'un traceur ascendant positif et arc en retour
10
fig.13 représentation schématique des diverses phases d'une décharge atmosphérique
A) amorçage d’un précurseur descendant négatif
B) propagation du « leader » et de traceurs secondaires avec effets couronne
C) amorçage d’un traceur positif à la rencontre du leader
D) arc en retour et annulation des charges d’espace des traceurs descendants négatifs
11
3. DENSITE DES COUPS DE FOUDRE - AUTRES DECHARGES
A. DENSITE DES COUPS DE FOUDRE
On caractérise la sévérité orageuse d'une région par sa densité de foudroiement soit le nombre
d’impacts au km². La carte ci-après se fonde sur des données statistiques de mesures enregistrées depuis
1987. La densité de foudroiement (N) se déduit de la densité d’arc en retour (Na) par un facteur 2,2
représentant le nombre moyen d’arc par impact selon la formule N = Na/2,2. Les valeurs de la densité
d’arc peuvent être obtenues à l’échelon d’une commune en consultant le fichier du serveur MINITEL
3617 METEORAGE ou le site Internet http://www.meteorage.fr/meteorage.fr/ (réf. bibl. 24)
fig.14 carte générale de densité d’arc en France
12
DATE
jour, mois, année
heure, minute,
seconde
heure T.U.
02/10/87 10.33.43
02/10/87 10.37.09
02/10/87 10.40.19
02/10/87 10.49.13
02/10/87 10.50.36
02/10/87 10.57.33
02/10/87 10.01.08
longitude
EVENEMENT FOUDRE
latitude LOCALISATION polarité amplitu
de
degrés
degrés
kilomètres degrés
48,416
48,421
48,501
48,587
48,494
48,557
48,542
-4,806
-4,764
-5,061
-4,773
-5,236
-4,992
-5,088
19,5 km
22,3 km
2,7 km
24,0 km
13,5 km
10,0 km
7,6 km
104°
101°
344°
69°
276°
38°
332°
+
+
+
+
+
+
+
kA
n. d’arcs champ
électrique
en
rayonné
(V/m)
retour
distance du point
d’impact
1 km 2 km 3 km
173
178
344
196
37
123
34
1
2
2
3
1
3
3
3468
3574
6898
3922
740
2462
698
1156
1191
2299
1307
247
821
233
347
357
690
392
74
246
70
fig. 15 données fournies par « météorage » pour une décharge près de la tour radar du Stiff à Ouessant
(on notera la présence d’une décharge exceptionnelle, à l’origine de la recherche)
L'exploitation de telles informations permet d'acquérir des connaissances sur la localisation des
impacts, la répartition des intensités et des polarités par site ou région. Elle permet également de
confirmer une installation de protection en associant ces données aux observations effectuées sur place
sur les équipements.
B. AUTRES DECHARGES
B.1. Décharges intra-nuage
Notre intérêt se porte sur les décharges entre les nuages et le sol. Toutefois il faut savoir qu'elles ne
représentent que 20 à 30 % des décharges totales, la majorité d'entre elles sont de type intra-nuage.
B.2. Orages de chaleur
Sous l'effet combiné de l'humidité du sol et d'un réchauffement local, il peut se produire une
ascension d'une masse d'air chaud et humide. Arrivée à l'altitude de condensation, et pour les mêmes
raisons qu'exposées à l'article 2.B.2, elle sera l'objet de turbulences. Un phénomène d'électrisation prendra
naissance et formera un nuage orageux, dénommé "orage de chaleur". Ce nuage est souvent très localisé
et les décharges de type intra-nuage.
B.3. Autres phénomènes de décharges localisées
D'autres phénomènes de décharges localisées sont observés lors de tempêtes de sable ou de neige.
B.4. Décharges d’électricité statique
Ces décharges se produisent par suite d'accumulation de charges statiques sur des corps non
conducteurs ou conducteurs isolés.
Ce phénomène, appelé également triboélectricité, est particulièrement sévère pour les mobiles en
mouvement, tels les avions et automobiles. Ce phénomène est renforcé dans les zones industrielles, en
raison des fumées, ou en site maritime, en raison des vents et des particules en suspension dans l'air.
13
Ces décharges se caractérisent par des intensités crêtes faibles, rarement de l'ordre de l'ampère, des
tensions élevées, jusqu'à 100 kV et une durée extrêmement brève de valeur typique de 10 ns de temps de
montée pour 50 ns de durée à mi-puissance.
Ces décharges peuvent créer des perturbations dans les transmissions de données, détruire certaines
jonctions de composants électroniques et présenter un risque lors du remplissage de soutes à combustibles
inflammables.
C. L'IMPULSION ELECTROMAGNETIQUE NUCLEAIRE HAUTE ALTITUDE (IEMN) (réf.
bibl. 30)
L'impulsion électromagnétique nucléaire en haute altitude (IEMN HA) résulte de l'explosion d'une
bombe nucléaire à une hauteur de plusieurs dizaines de kilomètres.
Ce phénomène est de probabilité d'occurrence très faible car ne pouvant résulter que d'un acte
délibéré d'agression ou d'un incident non contrôlé d'un satellite ou d'un avion portant le vecteur nucléaire.
Il a pour conséquences de détruire le matériel électronique d'une très vaste zone et d'immobiliser les
ressources d'un pays.
La décharge apporte un rayonnement intense en particules de même nature que le vent solaire :
neutrons, photons gamma, photons X.
A la suite d'une explosion nucléaire en haute altitude, la couche ionosphérique, située entre 10 et 60
km, va absorber les rayons gamma comme pour le vent solaire. Toutefois l'intensité des photons est telle
(1,5 Mev) qu'ils produisent lors des interactions avec les particules de l'air des électrons de haute énergie
appelés "COMPTON".
fig.16 schéma de production des électrons Compton
Les électrons Compton vont avoir une trajectoire presque alignée avec celle des photons initiateurs.
Cette trajectoire va être toutefois déviée par le champ magnétique de la terre. Puis, après un libre parcours
moyen d’environ 20 mètres, l'électron va rencontrer une autre molécule d'air et engendrer d'autres
électrons secondaires et ainsi de suite, rendant très rapidement toute la zone de dépôt ionosphérique
extrêmement conductrice (fig. 16).
14
fig.17 schéma de l'ionisation et de formation du champ électromagnétique
Le courant provoqué par la trajectoire des électrons Compton va engendrer un champ
électromagnétique. Ce champ va se propager au sol pendant le laps de temps très court où l’ionisation
n’est pas complète. Il présentera les caractéristiques suivantes :
- d'intensité très élevée (plusieurs dizaines de kV/m)
- de temps de montée très rapide (quelques nano-secondes), et de courte durée (quelques centaines
de nano-secondes),
- intéressant une zone extrêmement étendue (plusieurs milliers de km), malgré la déformation due à
la condition de propagation d'orthogonalité des champs électriques et magnétiques,
- de grande directivité (l'observateur A de la figure 17 ne sera sensibilisé que par le rayonnement de
la ligne de visée E-A),
- de spectre d'énergie élevé (80% de la densité d'énergie est estimée entre 1 MHz et 10 MHz).
15
figure 18 illustrant le champ résultant d'une explosion à 300 km au dessus de l'Europe
Ces caractéristiques du champ rayonné vont engendrer dans tous les éléments conducteurs quelque
peu étendus, des inductions extrêmement élevées à l'origine des destructions.
La protection contre l’IEMN consiste en des blindages très sévères de tous les matériels, locaux, et
des parafoudres à l’entrée de tous les conducteurs dans les installations dont les performances s’étendent
aux très hautes fréquences.
D. DECHARGES DE FOUDRE ET COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE
La compatibilité électromagnétique (C.E.M.) répond à plusieurs objectifs :
- permettre la libre circulation des biens (et personnes) au sein de la communauté européenne.
- protéger les télécommunications contre les émissions diverses de toute origine et en particulier
des équipements scientifiques, industriels et médicaux,
Des normes très précises ont été édictées suite à la directive 89/336 CEE du 3 mai 1989 de la
communauté européenne, elles sont devenues obligatoires en France le premier janvier 1996.
16
Ces normes limitent d’une part les niveaux rayonnés par les matériels, et d’autre part fixent les
niveaux de perturbation qu’ils doivent supporter.
Le champ d’application de la directive s’adresse également aux systèmes et aux installations.
A la différence des décharges atmosphériques, la CEM se préoccupe moins des ondes de choc en
courant, car les phénomènes ne prennent pas en compte le passage d’une quantité élevée de charges.
Les protections CEM contribuent néanmoins à la protection des matériels contre les surtensions
atmosphériques.
4 - EFFETS DE LA FOUDRE ET PRINCIPE DES PROTECTIONS
A. EFFETS DE LA FOUDRE
On a coutume de qualifier le coup de foudre suivant ses effets : chaude, détonante, froide, etc.
Ceci résulte des caractéristiques ayant eu une conséquence la plus immédiate :
- tétanisation et décès des êtres vivants par fibrillation du sang, soit à la suite d'un contact avec la
décharge, soit par influence d'un courant d'écoulement de la décharge à la terre ;
- éclatement des enduits ou parois bétonnées par dilatation des fers ;
- projection de matériaux sous l'impulsion de la force de Laplace due au champ magnétique ;
- éclatement des arbres par vaporisation immédiate de l'eau contenue dans la sève ;
- incendies, explosions notamment dans les locaux où sont entreposées des matières inflammables
(carburants, bois) par suite d'amorçage d'étincelles entre conducteurs non raccordés à un même potentiel
proche.
Tous ces effets résultent des caractéristiques de la décharge d'une part, du corps ou matériau la
recevant d'autre part.
B. PHENOMENE D'IMPACT - PARATONNERRE
Les effets d'impacts diffèrent suivant le sens et la polarité du phénomène précurseur. On essaiera
toutefois de dégager des dispositions de protection communes quels que soient ces paramètres.
B.1. Décharge descendante négative
La plupart des décharges atmosphériques sont initialisées par un précurseur descendant de polarité
négative.
Nous avons vu qu'à l'approche du traceur négatif descendant, les charges d'espace formées par
"effet couronne" vont créer un précurseur ascendant positif, qui va pouvoir se développer et provoquer
l'amorçage.
17
On a pu établir à la suite d'un grand nombre d'observations sur des lignes aériennes une
correspondance entre la distance d'amorçage et le courant crête de l'impulsion au retour selon la formule
expérimentale :
da = 10 I 2/3
da en m
I en kA
fig.19 distance d'amorçage d'une décharge
Tout objet lié au sol, se trouvant à une distance inférieure ou égale à la distance d'amorçage,
déclenche le mécanisme d'impact.
Dans le cas d'une pointe, nous avons vu au paragraphe 3.B que " l'effet couronne" était renforcé
(pour une décharge négative) par la hauteur et le rayon de la pointe. Par ailleurs, expérimentalement, on
observe que l'amorçage intervient pour un champ moyen de 500 kV/m pour une ligne et peut descendre à
300 kV/m pour une pointe. (réf. bibl. 27)
On en déduit les deux caractéristiques du paratonnerre :
- il fixe le point d'attache de la décharge et en conséquence protège les points situés à proximité.
- il crée une zone d'attraction dont l'efficacité est supérieure d’environ 35 à 40 % à celle d'une ligne.
La normalisation n’a pas prévu de distinguer une protection par ligne d’une protection par pointe.
Par contre, elle fixe des distances d’amorçage fonction des intensités observées des décharges du courant
de foudre et en déduit quatre niveaux de protection détaillés ci-après .
Efficacité en %
Intensité en kA
Niveau de protection
Distance d’amorçage en
m.
> 98
95 à 98
90 à 95
80 à 90
< 80
2,8
5,2
9,5
14,7
1
2
3
4
20
35
45
60
tableau des distances d’amorçage pour un conducteur filaire ou un paratonnerre en fonction de la
distribution statistique des amplitudes de courant et le niveau de protection souhaité au sens de la norme NF C
17 100
18
fig.20 modèle électrogéométrique de la distance d'amorçage d'une décharge pour une tige
verticale type paratonnerre (réf. bibl. 25)
On déduit la notion de rayon de protection Rp par la formule :
Rp = h( 2 Da − h)
avec h hauteur du paratonnerre et Da distance d’amorçage
B.2. Décharge descendante positive
Ce cas correspond à 10 % des observations (mais peut atteindre 80 % pour certains orages en hiver
et en mer). Ce cas correspond aux intensités les plus élevées.
Nous avons vu à l'article 3.B. que le dernier effet couronne du traceur positif descendant
déterminait la distance d'amorçage. De plus à l'article 2.C.2 nous avons montré que " l'effet de pointe"
était plutôt défavorable à un phénomène d'impact.
Pour ce cas il n'y a pas " d'effet paratonnerre", le point d'impact sera le premier point de contact et
la distance d'attraction sera égale à la distance d'amorçage.
On a pu constater ce phénomène lors d’essais de localisation de décharges sur une antenne radar au
centre des très hautes tensions de EDF aux Renardières (réf. bibliographie 28). La séquence d’essais,
illustrée par la figure 21, montre qu’un paratonnerre dominant l’antenne de 2 m (soit 20 cm pour les
essais avec le rapport d’échelle utilisé de 1/10) n’était sollicité par aucune décharge positive, bien que
plus proche de l’électrode initiatrice. Par contre il remplissait correctement son rôle de protection en
polarité négative.
19
taux d'amorçage (%)
100
80
polarité positive
polarité négative
60
40
20
0
paratonnerre
réflecteur
balisage
poutre hyperfréquence
points d'impact sur l'antenne
fig.21 pourcentage d’impacts sur une antenne radar protégée par une pointe paratonnerre en polarité positive
et en polarité négative. (essais 5 et 15, axe de l’électrode à 1,5m de l’antenne, onde 300/9900)
La distance d’amorçage d’une décharge positive n'est pas connue. On peut toutefois considérer
qu'elle est proportionnelle à la charge de l'extrémité du précurseur et donc à l'intensité de la décharge. A
défaut d’indication plus précise, il est prudent de retenir une valeur de 15 m.
20
B.3. Décharges ascendantes positives et négatives
Les décharges ascendantes sont des phénomènes plus rares. On constate qu'elles se développent à
partir de points hauts où le champ est le plus intense (cheminées d'usine, tour hertzienne) et avec une
arborescence caractéristique au voisinage du nuage. Pour de telles décharges, il a été montré en
laboratoire (direction des études et recherches de EDF au centre des Renardières) (réf. bibl.28) que
l'élément métallique le plus élevé concentrait le courant couronne de tous les autres éléments situés à
proximité. L'effet paratonnerre est maximum.
B.4. Paratonnerres à dispositif d’amorçage
Des recherches ont été conduites depuis de longues années pour améliorer le pouvoir de capture
des paratonnerres.
Ce fut d'abord par l'apport d'ions libres délivrés par des cellules radioactives. Ainsi il était
théoriquement possible d'anticiper la présence d'un "électron germe" provoquant l'avalanche électronique
de " l'effet couronne" initial. Ces paratonnerres ont pu donner quelques résultats en laboratoire, mais sont
maintenant interdits d'installation essentiellement pour des raisons de pollution.
L'ionisation par haute tension a donné lieu au développement de nouveaux paratonnerres. La norme
NF C 17-102 précise les dispositions à appliquer pour leur installation.
Le gain de temps dans le processus d’avalanche est appelé « avance à l’amorçage » et est fourni par
les fabricants de paratonnerre, après essai en laboratoire « hautes tensions ».
Le rayon de protection (Rp) correspondant est donné par la formule :
Rp = h(2D−h)+ ∆L(2D+ ∆L)
∆L = v ( m /
µs ) ∆Tµs
avec
avec
- h hauteur du paratonnerre par rapport au sommet de
l’élément à protéger
- D distance d’amorçage de la sphère fictive (20, 45 ou
60 m) selon le niveau de protection recherché (cf.4.B.1)
- ∆T avance à l’amorçage issue des tests d’évaluation
- v vitesse du traceur descendant = 1m/µs
Les fabricants de paratonnerres obtiennent des délais d’avance d’amorçage de 15 à 50 µs, ce qui
représente 15 à 50 m de distance d’amorçage supplémentaire par rapport à un paratonnerre classique à
tige.
C. ECOULEMENT DE LA DECHARGE
C.1. Courant crête et surtension
Le cheminement atmosphérique de la décharge tel que décrit en 2.C.5 se poursuit dans les éléments
conducteurs appelés "descentes de terre" et "conducteurs de prise de terre".
Le canal ionisé, étant fortement résistif, les caractéristiques électriques des conducteurs de descente
ne vont pas perturber les caractéristiques du courant (amplitude et pente) indiquées ci-dessus.
21
Par contre des écarts de potentiel élevés vont apparaître entre le paratonnerre et les conducteurs
situés à proximité :
- s’ils ne sont pas interconnectés entre eux, mais reliés au même potentiel de terre,
- s’ils ne sont reliés qu’à un potentiel de terre électrique,
- s’ils ne sont reliés qu'à un potentiel lointain.
Considérons une décharge de foudre sur un phare (ou un mât) de 20 mètres de hauteur, et regardons l'évolution du
potentiel d'un conducteur situé à proximité du paratonnerre dans les différents cas décrits ci-dessus.
1 - Si le conducteur n'est pas interconnecté avec le paratonnerre, mais relié au même potentiel au bas du phare,
l’écart de potentiel sera dû à l’impédance de la descente. Pour une décharge moyenne de 20 kA, de front de montée de 10
kA/micro-seconde, et une hauteur de 20 m. de valeur selfique évaluée à 0,7 micro henrys par mètre, la ddP sera ∆V =
L∆I/∆t, soit ∆V = 14 000 V.
2 - Si le conducteur est relié au potentiel de terre au niveau de la distribution électrique (cas général des réseaux de
distribution), l’élévation de potentiel de la terre du paratonnerre s'effectuera avant celui de la terre électrique. Cette
différence de potentiel momentanée entre les deux prises de terre sera très faible si un câble d'équipotentialité est prévu
entre les deux prises de terre, et si ce câble est de section suffisante et ne forme pas de boucles. Elle sera plus conséquente
si les prises de terre sont éloignées, l'écart s'exprimant alors par la chute de potentiel dans la prise de terre du
paratonnerre soit ∆V =RP ∆I, soit 200 000 V pour une résistance de terre de 10 ohms.
3 - Si le conducteur est relié à un potentiel lointain, (prise d'eau, gaz, etc.) la différence de potentiel sera augmentée
de l'élévation du potentiel de la prise de terre électrique, soit ∆V =(RP + RI) ∆I, soit 200 000 V pour une résistance de
paratonnerre et de terre de 10 ohms.
p o t e n t ie l d 'u n c o n d u c t e u r p la c é à p r o x im it é d 'u n
p a ra to n n e rre
r a c c o r d d ir e c t
ra c c o rd a u b a s d u
p h a re
r a c c o r d p a r te r r e
é le c tr iq u e
s a n s ra c c o rd
C.2. Inductions
Le passage d’un courant intense dans une descente de terre va, selon le théorème d'Ampère,
provoquer un champ magnétique.
Ce champ magnétique va à son tour induire des courants dans tous les conducteurs situés à
proximité.
La disposition de plusieurs descentes extérieures conduit à annuler les courants induits dans les
conducteurs situés au milieu.
une seule descente , induction maximum
deux descentes opposées ne créent aucune induction au centre
fig. .22 champ magnétique engendré par un courant
22
On exprime ces valeurs de surtension en fonction de la pente de la décharge (dI/dt) et en
recherchant dans un bâtiment, les «boucles » éventuelles qui pourraient capter ces courants d’induction.
C.3. Rayonnements
La propagation de la décharge dans un canal foudre de quelques kilomètres de longueur se
comporte comme une antenne. Celle-ci va rayonner un champ électromagnétique que vont capter les
différentes descentes de terre, lignes d'alimentation en énergie électrique isolées du sol, lignes
téléphoniques, etc.
Les dispositions limitant ces effets consistent à enterrer les conducteurs ou à les insérer dans des
canalisations métalliques mises à la terre.
D. EFFETS SECONDAIRES
Les effets directs ou indirects peuvent provoquer des claquages d'isolants ou des courts-circuits.
Les tensions normales d'alimentation peuvent donner lieu à des dissipations locales d'énergie
anormales qui produisent en quelques instants des dégâts beaucoup plus importants que ceux de la foudre
elle-même. Ces effets peuvent se produire soit si elles n'ont pas été interrompues par le jeu des protections
générales, soit si ces protections ont été elles mêmes détériorées, soit au moment de leur restitution.
La production d'étincelles ou d'incandescences localisées dans les locaux où sont entreposées des
matières inflammables (carburants, peintures, bois, etc.) risque aussi de causer des dégâts considérables
par incendie ou explosion.
5. PROTECTION CONTRE LES DANGERS DE L'ELECTRICITE
ATMOSPHERIQUE - MESURES A PRENDRE - DISPOSITIFS A UTILISER
A. GENERALITES
Les mesures de protection contre l'électricité statique et la foudre dans les établissements de
signalisation et surveillance à la navigation maritime ont pour but de protéger d'abord le personnel,
ensuite les appareils et les établissements eux-mêmes.
Les principes généraux à appliquer sont les suivants :
- d'une part de relier entre elles, par des conducteurs de cheminement et de section appropriés, les
parties conductrices de quelque importance existant dans les établissements, pour prévenir l'apparition de
différences de potentiel ;
- d'autre part d'offrir au courant de foudre des chemins aussi directs et d'impédance aussi réduite
que possible lorsqu'il est inévitable qu'un tel courant tende à se propager entre l'atmosphère et le sol à
travers les structures des établissements ;
- enfin de protéger les appareils et circuits électriques et électroniques contre les inductions.
L'ensemble doit être vérifié et entretenu périodiquement.
23
Ces mesures sont connexes aux prescriptions réglementaires concernant la protection des travailleurs
contre les dangers électriques, mais celles-ci n'assurent pas la protection contre la foudre ; elles ne seront
rappelées qu'autant qu'elles participent à cette protection.
B. PRESCRIPTIONS CONCERNANT LES DIVERS ETABLISSEMENTS
B.1. Bouées
Une bonne continuité électrique est à assurer entre les différentes masses métalliques, en évitant les
couples corrosifs.
B.2. Tourelles
Une bonne continuité est à assurer entre les différentes masses et éléments métalliques, en évitant
les couples corrosifs. Une prise de mer doit relier ces masses par l'intermédiaire d'une ceinture
conductrice à la base des principaux éléments.
B.3. Phares
Les phares doivent recevoir une protection complète très soignée (cf. planche 1) comprenant :
- une protection paratonnerre détaillée ci-après,
- une (ou plusieurs) descente de terre extérieure,
- un conducteur équipotentiel de descente intérieure,
- un raccordement soigné des masses aux descentes de terre,
- une ou plusieurs prises de terre (et éventuellement de mer) d'une résistance globale inférieure à 10
ohms ( si possible 5 ohms).
La protection paratonnerre devra comprendre :
- un paratonnerre général supérieur, placé au-dessus de tous les équipements, antennes comprises,
- une couronne extérieure placée autour de la galerie extérieure de la tour, ou de la lanterne (cette
couronne peut éventuellement porter des paratonnerres obliques : 3, 4, ou 6),
- une liaison entre le paratonnerre et cette couronne extérieure par un ou plusieurs conducteurs
équidistants plaqués contre les montants et la murette de la lanterne et soigneusement reliés
électriquement au toit de la lanterne,
- une couronne intérieure, à la base de la lanterne, à laquelle sont reliées le plus directement
possible les masses de tous les appareils,
- une liaison aussi directe que possible entre couronne intérieure et couronne extérieure en 2, 3, ou
4 points équidistants.
- des liaisons aussi directes que possible et descendantes entre couronne extérieure et descentes de
terre.
24
La rambarde de la galerie et tout élément métallique de la lanterne doivent être reliés à l'une ou
l'autre des couronnes, suivant le cas.
Toute superstructure telle que plate-forme pour hélicoptères, aérogénérateur, support de panneaux
de cellules solaires, doit être raccordée au potentiel des descentes de terre.
B.4. Bâtiments
Pour les bâtiments on peut choisir deux types de protection :
- soit la protection par paratonnerres à "tiges",
- soit par cage maillée munie de pointes captrices.
La protection par paratonnerres à tiges consiste à disposer sur le bâtiment des paratonnerres de
grande hauteur. Chaque tige doit disposer de sa propre descente de terre. En accord avec le modèle
électrogéométrique décrit à l'article 4.B.1, et avec la réserve faite à ce même article, la zone de protection
peut être étendue à l’aide de pointes à dispositif d’amorçage.
fig. 23 protection par paratonnerre à tiges
Une protection de type à cage maillée revient à constituer une cage de Faraday à large maille (5 m.
à 20 m. selon le niveau de protection souhaité). Les conducteurs doivent être disposés sur le faîte du
bâtiment, sur les angles et entre deux angles si ceux-ci sont distants de plus de 15 mètres. Des pointes
doivent être disposées régulièrement sur les points les plus vulnérables (faîtières, angles).
Les gouttières, descentes et autres objets métalliques extérieurs sont à relier électriquement entre
eux et à la terre.
fig. 24 protection de type "cage maillée"
25
Pour les bâtiments de forme complexe, on pourra utiliser une solution mixte optimisant les coûts et
l'efficacité. La méthode de la sphère fictive, cohérente avec le modèle électrogéométrique devra être alors
utilisé. Tous les points de contact avec la sphère de diamètre d = distance d'amorçage définie à l'article
4.B.1, devront être protégés.
fig.25 méthode de la sphère fictive
B.5. Navires
Outre les prescriptions générales réglementaires qui ne seront pas rappelées ici :
- Les appareillages électriques et électroniques sont à protéger comme indiqué ci-après.
- La continuité des masses doit être particulièrement soignée et raccordée à la prise de mer ou la
coque si celle-ci est métallique.
B.6. Aérogénérateurs
Les aérogénérateurs sont des éléments exposés et sensibles même quand ils sont protégés par un
paratonnerre voisin ; une protection leur est nécessaire.
Il convient d'abord d'assurer la continuité électrique des masses (masse orientable d'une part, masse
fixe de l'autre), (cf. paragraphe 5.C.1) même si ces masses sont reliées à un neutre assurant la liaison par
un collecteur, ou une bague ; il convient ensuite de s'assurer de la présence d'un éclateur à dents ou un
peigne ou éclateur torique comprenant deux tores se faisant face, distance d'éclatement la plus faible
possible.
Les petits aérogénérateurs faisant partie d'une installation seront reliés à la descente de terre de
l'installation.
Les grands aérogénérateurs isolés comprendront chacun une descente de terre et une prise de terre
au pied du pylône de la tour les supportant, en outre les circuits électriques seront munis de parafoudres
au départ des aérogénérateurs.
En cas d'impossibilité de donner à un aérogénérateur la protection d'un paratonnerre voisin,
l'aérogénérateur pourra être considéré comme son propre paratonnerre et le cas échéant, celui de
l'installation qu'il surmonte : la plus grande attention sera alors apportée à la vérification des prescriptions
précédentes.
26
B.7. Panneaux solaires
Les jonctions des cellules composant le panneau solaire sont sensibles aux surtensions. La
protection s’effectuera au moyen d’un paratonnerre dominant largement le panneau et de varistances ou
diodes d’absorption montées entre la terre et les conducteurs de sortie.
B.8. Antennes
Les pylônes ou bâtiments supportant latéralement des antennes sont à munir de paratonnerres.
Quand une antenne surmonte un pylône ou un bâtiment, elle fait office de paratonnerre et doit avoir
les mêmes caractéristiques que ceux-ci, notamment en ce qui concerne sa résistance aux ondes de chocs
(cf.article 2.C.5).
Quand l'antenne ne peut être raccordée directement aux descentes de terre, on prévoira un éclateur.
Les liaisons coaxiales seront à protéger au moyen de parafoudres.
Les planches 1, 2, 3 donnent des exemples de dispositions pouvant être adoptées pour des stations
de type phare, radio VHF et radar.
C. PRESCRIPTIONS COMMUNES
C.1. Masses
L'assemblage d'éléments métalliques (fonte, acier, alliages légers etc.) même par boulons, n'assure
généralement pas une continuité électrique suffisante. Il faut prévoir des prises de masse et les relier entre
elles par des tresses métalliques (cuivre) assurant de bons contacts.
Ces masses doivent être reliées à un conducteur équipotentiel installé à demeure, sous forme soit
d'un conducteur central (placé par exemple dans un chemin de câbles) soit d'une ceinture (obligatoire
dans les lanternes de phare et établissements très exposés).
Ce conducteur équipotentiel doit être relié à la descente de terre le plus directement possible et en
descendant (jamais en remontant).
C.2. Canalisations
Les canalisations de toute nature (eau, gaz, électricité, téléphone etc.) constituent des références de
terre lointaines. Elles doivent être groupées, en conservant toutefois les distances réglementaires, dans des
gaines ou chemins avec conducteur équipotentiel.
S'il s'agit de canalisations métalliques ou blindées, elles doivent être reliées, directement ou par leur
blindage, à la descente intérieure de terre à leurs parties supérieure et inférieure.
Les conduites d'eau et de gaz sont à relier au conducteur équipotentiel non seulement à la base et au
sommet des établissements, mais à des intervalles réguliers, notamment lorsqu'elles présentent des angles
prononcés. (La déclaration doit être faite aux sociétés ou agences responsables de leur distribution).
On doit prendre les précautions voulues pour que ces connexions soient de bonne qualité (mauvais
contacts dus à la rouille ou à la peinture) et s'assurer de la continuité électrique en la rétablissant
éventuellement par des ponts conducteurs (cas de sections en matières plastiques).
27
fig.26 ponts électriques à réaliser en cas d'angles prononcés
La règle générale est :
- pas d'angles aigus inférieurs à 30°,
- pas d'écartements supérieurs à 30 cm ou à 1/20 du trajet.
Dans le cas où cette règle ne peut être suivie, il faut prévoir des ponts électriques et/ou des
connexions à la descente de terre.
C.3. Descentes de terre
C.3.1. Descentes extérieures
Les établissements protégés doivent avoir au moins une descente de terre extérieure, deux dans les
établissements ou phares d'une hauteur supérieure à 20 mètres et un nombre supérieur pour des
établissements étendus.
Ces descentes de terre doivent être aussi rectilignes que possible et respecter la règle générale
indiquée à la fin du paragraphe 5.C.2.
Elles peuvent être apparentes ou encastrées sous enduit ; elles sont fixées de proche en proche par
des crampons ad hoc, en évitant les couples corrosifs (interposer un isolant en cas de matériaux
différents).
Elles sont reliées aux ceintures de tête et de base des établissements ainsi qu'à d'autres ceintures
intermédiaires disposées tous les 15 mètres si le phare est de grande hauteur (supérieure à 20 m).
C.3.2. Descentes intérieures
Tout établissement important (phare, mât radio, tour radar, bâtiment, etc.) doit comporter une
descente intérieure ou conducteur équipotentiel descendant vers la prise de terre et collectant les masses
métalliques des équipements.
La descente intérieure est différente du conducteur de terre des câbles électriques, lequel ne se
raccorde à la terre qu'au niveau de l'arrivée de l'alimentation.
Dans les phares, la descente intérieure, distincte des canalisations et rampes d'escalier, doit être
aussi rectiligne que possible et respecter la règle générale indiquée à la fin du paragraphe 5.C.2. Cette
descente intérieure part de la ceinture intérieure de la lanterne et rejoint la ou les prise(s) de terre à la base
de la tour.
Dans les établissements plus importants, on dispose deux descentes intérieures, l’une reliée aux
équipements à courants forts, et l’autre aux faibles signaux.
28
Les rampes des escaliers métalliques sont reliées à cette descente en haut et en bas des tours, et, le cas
échéant, à des points intermédiaires (tous les 20 m environ).
C.4. Prises de terre et de mer
Le réseau de terre d'un établissement doit avoir une résistance globale inférieure à 10 ohms, si
possible à 5 ohms, en particulier pour les établissements exposés.
Ce réseau est composé des prises de terre interconnectées (cf. indications pratiques concernant la
réalisation des prises de terre et de mer en annexe 1).
La qualité doit être vérifiée régulièrement, au moins une fois par an, de préférence avant les
périodes où les orages sont fréquents. La mesure des résistances de terre se fait avec les appareils ad hoc
en suivant scrupuleusement le processus décrit par la notice du constructeur (voir annexe 2).
Dans les bâtiments ne disposant que de la terre électrique, il serait dangereux de relier les matériels
à une terre locale de mauvaise qualité (réf. bibl.10).
C.5. Raccordement aux lignes électriques, téléphoniques et de signaux H.F. et B.F.
Les décharges dues à la foudre peuvent engendrer dans les conducteurs extérieurs aux
établissements des surtensions élevées. Ces ondes sont en majorité de mode commun (surtensions entre
les conducteurs et la terre).
Suivant l'exposition de l'établissement, de l'importance de l'installation, de la sensibilité des
équipements, des dispositions adaptées doivent être prises.
C.5.1. Les lignes conductrices extérieures seront si possible enterrées avant pénétration dans les
bâtiments, sur une distance suffisante (au moins 30 mètres) et avec un câble de terre « écran ». Les câbles
entre les bâtiments devront être également enterrés et accompagnés de câble de terre « écran ».
Pour les lignes d'énergie on s'assurera de la présence de parafoudres au dernier poteau.
Pour un établissement très exposé, on appliquera avec soin les principes exposés ci-après. La
protection primaire sera de type parafoudre à éclateurs. Le calcul des paramètres des protections série et
secondaire sera fonction des équipements à protéger.
C.5.2. Les câbles conducteurs intérieurs devront être posés dans des chemins de câbles si possible
métalliques et reliés à la terre par un conducteur d'équipotentialité.
On évitera de mélanger les câbles courants faibles et câbles courant forts. On évitera de mélanger
les câbles courants forts appartenant à des catégories différentes telles que définies en 5.C.7.2.
Les masses métalliques des équipements et les éléments conducteurs accessibles des bâtiments
(canalisations, portes métalliques, grilles, etc.) sont à relier entre eux et au conducteur de terre.
C.6. Neutre des installations
Des mesures devront êtres prises pour que tous les conducteurs qui par nature ne peuvent être
raccordés en temps normal à la terre, ne puissent être portés à des potentiels élevés susceptibles
d'amorçages ou d’élocrution.
En raison du climat humide et maritime permettant difficilement de maintenir l'isolement d'une
installation, la solution du neutre à la terre (schéma T.T. de la norme N.F.C 15 100) est à retenir.
29
En conséquence les mesures suivantes sont à prendre, de façon générale :
C.6.1. Dans les établissements gardiennés
a) Si l'établissement est alimenté par l'E.D.F. par l'intermédiaire d'un transformateur propre à
l'établissement :
- la terre E.D.F. Moyenne Tension n'est pas à relier aux terres et masses de l'établissement, sauf
dans des cas exceptionnels, si la résistance de terre est inférieure à 1 ohm (conducteur (1)).
fig. 27 raccordement du neutre
- le neutre de l'établissement sera systématiquement raccordé au conducteur de terre, à l'arrivée
dans l'établissement (si le transformateur est distant) ou à la sortie même du transformateur, (conducteurs
2 et 3 du schéma). En aucun cas un conducteur de masse ou de terre ne sera employé comme conducteur
neutre ou réciproquement.
- si certains organes sont alimentés en monophasé par l'intermédiaire d'un transformateur spécial ou
en courant continu, un des fils (le moins ou le plus du courant continu selon le type d'installation) sera
relié à la terre et aux masses. Un coffret de varistances limitera la montée en potentiel éventuelle des
conducteurs non raccordés à la terre.
b) Si l'établissement est alimenté directement par l'EDF sur un réseau de distribution B.T., le
neutre E.D.F. est à la terre (cas général) ; il pourra être raccordé à la terre de l'établissement, après accord
de l'E.D.F.
c) Si l'établissement est autonome, le neutre ou un des fils de l'installation (monophasée ou
continue sera mis à la terre comme dans le cas a), l'autre étant raccordé à la terre par une varistance.
Dans tous les cas, les installations seront équipées de disjoncteurs différentiels, comme prescrit
par le décret de novembre 1988 et les arrêtés et instructions subséquents. On veillera à l'étanchéité des
coffrets électriques ainsi qu'à leur blindage et à leur raccordement à la terre dans le cas de coffrets
métalliques.
C.6.2. Dans les établissements non gardiennés
Pour éviter les déclenchements intempestifs dus au fonctionnement normal des protections lors de
surtension, trois solutions sont possibles :
- disposer en tête de l’installation un disjoncteur type S (magnétothermique, suivi de la protection
puis du disjoncteur différentiel, norme NF C 15 443)
30
fig. 28 alimentation d'un établissement non gardienné
- disposer un disjoncteur différentiel à réamorçage automatique à condition de mettre en garde le
personnel sur la possibilité de réamorçages,
- disposer un transformateur de sécurité (transformateurs de séparation conformes aux normes C 52
210 ou C 52 220, de classe II par construction ou installation).
De simples varistances préviendront les conducteurs au secondaire du transformateur contre des
écarts de potentiel dangereux.
Une solution "neutre impédant" ou "isolé" (schémas IT de la norme NF C 15 100) permettant une
continuité de service même en présence d'un premier défaut est déconseillée. En tout état de cause cette
solution implique :
- de signaler le premier défaut localement et à distance (contrôleur permanent d’isolement),
- de signaler de manière très visible au personnel, la possibilité de potentiels dangereux sur des
conducteurs.
Un coffret de parafoudres ou varistances sera de plus installé pour limiter les écarts de potentiels
entre conducteurs d'alimentation et de terre.
C.7. Parafoudres
Les parafoudres sont à prévoir sur les installations en raison de leur exposition à la foudre, ou du
fait du raccordement au réseau par lignes aériennes, ou en raison de la fragilité ou l’importance du
matériel à protéger.
Les parafoudres sont des composants consommables. A l'exception des parafoudres basse tension,
tous les parafoudres "meurent" par court-circuit.
31
C.7.1. Principe
Le principe d’une protection parafoudre est le même quel que soit le type de ligne. Il consiste en
trois éléments : une protection primaire, une protection série, une protection secondaire.
fig. 29 principe de protection contre une surtension induite sur un conducteur
La protection primaire, de type parallèle, est chargée d'écrêter la majeure partie de l'énergie de la
surtension incidente. Elle sera reliée le plus directement possible à la prise de terre et le plus près possible
de l’entrée des conducteurs dans le bâtiment.
Cette protection primaire sera suivie d'une protection de type série, dont le rôle est essentiel et
consiste à limiter le courant de décharge dans la protection secondaire. Cette protection sera réalisée au
moyen d'une bobine à self inductance de quelques dixièmes de henry ou d'un transformateur d'isolement.
Vient enfin la protection secondaire, de mode parallèle, dont la rapidité et la tension d'amorçage
doivent être adaptées au circuit à protéger.
La protection secondaire trouvera son efficacité également dans la protection contre les
surtensions d'origine interne telles que les perturbations ou parasites engendrés par les matériels euxmêmes. Elle sera dimensionnée pour prévenir les surtensions de mode commun comme de mode
différentiel (cf. Annexe 3).
C.7.2. caractéristiques des ondes de choc
Le besoin de normalisation a conduit à définir plusieurs formes d’onde :
- l’onde de choc en courant, appelée onde 8 x 20 en raison de la durée du front de montée de 8
micro-secondes entre les points à 10 et 90%, et de son temps d’établissement de 20 micro-secondes à miamplitude.
fig. 30 schéma d'une onde de choc de courant normalisée 8/20
32
- l’onde de tension de forme 1,2 X 50 (1,2 micro-seconde de temps de montée entre 30 et 90 % et
50 micro-secondes de temps de descente à mi-amplitude).
fig. 31 schéma d'une onde de choc de tension normalisée 1,2/50
Pour une ligne basse tension, les limites à considérer sont celles de la publication 664 de la CEI,
reprises par les différentes normes françaises et en particulier les normes C 15 100.
Pour une alimentation 220 V/380 V, les valeurs à prendre en compte sont les suivantes :
- catégorie IV, matériels à l’origine d’installation en site exposé notamment en raison de ligne
aérienne (disjoncteurs, compteurs, dispositifs généraux de sécurité)
- onde 1,2x 50 avec une amplitude maximum de 6 kV,
- onde 8 x 20 avec une amplitude de 10 à 20 kA.
- catégorie III, matériels utilisés dans l’installation fixe (cas général),
- onde 1,2x 50 avec une amplitude maximum de 4 kV,
- onde 8 x 20 avec une amplitude de 5 kA.
C.7.3. parafoudres basse tension
Ces parafoudres doivent être conformes à la norme NF C 61-740.
La protection ne devra pas réagir pour des surtensions de manoeuvre courantes sur le réseau et dont
l’amplitude atteint 1,5 à 2,5 kV à l’origine de l’installation.
La norme exige que les protections se déconnectent en cas d’amorçage ou courant de défaut et
dans le délai précisé à l’article 413 de la Norme NFC 15 100 : 0,17s à 220 V alternatif et 0,8 s à 380 V
alternatif. Il est donc nécessaire de vérifier régulièrement leur état.
C.7.4. parafoudres téléphoniques et autres signaux
Pour les lignes téléphoniques, les amplitudes recommandées sont celles de la norme CEI 61643-2
de mars 1998 :
- onde 0,5 x 700 en mode différentiel, et une amplitude maximum de 700 V sans dommage et 5 kV
avec destruction limitée à l’interface ligne,
- onde 1,2 x 50 en mode commun avec une amplitude de 10 kV sans dommage ni interruption de
service.
33
Pour les autres signaux basse fréquence, il est courant d’exiger une onde 1,2 x 50 avec une
amplitude de 1 kV.
D. COMPOSANTS DE PROTECTION
D.1. Eclateurs
Les éclateurs sont conçus pour maintenir en temps normal, l'isolement nécessaire pour le bon
fonctionnement des circuits, et de fixer l’origine de l’arc en cas de surtensions susceptibles de détériorer
les appareils.
Les éclateurs sont à air ou à gaz.
D.1.1 Eclateurs à air
En forme de pointes, cornes ou boules, les éclateurs à air ont une tension d'amorçage élevée,
correspondant à la tension de claquage de l'air (30 kV par cm par temps sec).
La forme des électrodes ou la dimension des boules sont définies pour, d'une part limiter la tension
d'amorçage, et d'autre part "éteindre" l'arc amorcé.
Ils sont adaptés aux antennes portées par construction à de forts potentiels. Leur efficacité est très
limitée en raison de l'écartement nécessaire qu'il faut prévoir entre les électrodes pour éviter tout
amorçage quelles que soient les conditions de temps.
D.1.2. Eclateurs à gaz
Les éclateurs à gaz présentent l'avantage d'un milieu diélectrique stable dont on a parfois réduit la
tension d'amorçage en incorporant des particules radioactives (cf. article 2.C.2 pour l'efficacité de cette
disposition).
Ces éclateurs ont pour avantage de laisser passer temporairement des courants d'intensité très
élevée (5 à 50 kA). Leur seuil de déclenchement est par contre stable à 15 % au mieux et leur délai de
réaction n'est pas très rapide (0,25 à 1 micro-seconde).
L'inertie due à l'ionisation des particules du gaz après le passage de la surtension va conduire à
maintenir l'arc si le conducteur est relié à une tension continue ou une tension alternative d'amplitude
élevée (secteur).
C’est pour cette raison que pour les protections secteur, on associe les éclateurs à gaz à des
varistances.
D.2. Varistances
Les varistances sont des composants dont la résistance varie suivant la tension appliquée selon la
formule :
I=kVa
a = 5 pour le SiC 8 pour le Se 25 pour le ZnO
I : intensité du courant traversant la varistance
V : tension aux bornes de la varistance
Les premières varistances réalisées avec des particules de sélénium ou de carbure de silicium
avaient un courant de fuite élevé.
34
Les varistances aux oxydes métalliques présentent une résistance quasi infinie jusqu'à une tension
dite de "coude" où leur résistance devient brusquement très faible.
Les varistances se caractérisent par une grande rapidité de réaction, de l'ordre de 10 à 100 ns, et une
capacité à écouler des intensités de courant élevées, de l'ordre de 1 à 10 kA.
D.3. Diodes à absorption
Les diodes à absorption sont des diodes de type "Zener" ou diodes à avalanche, présentant
l'avantage de laisser passer des courants beaucoup plus élevés. Elles sont donc utilisables comme
parafoudre.
Elles ont l'avantage d'un seuil
d'avalanche extrêmement précis et d'un délai de réaction très bref de
12
l'ordre de la pico-seconde (10 - s). Elles sont particulièrement destinées à la protection secondaire des
matériels électroniques.
ECLATEURS ET PARAFOUDRES
type
éclateurs à
air
éclateurs à
gaz
capacité
d'écoulement du
courant de crête
élevée
plusieurs
100 kA
élevée
5 à 50 kA
tension
d'amorçage
élevée
plusieur
s
100 kV
50 à
1500 V
rapidité
de réaction
faible
microseconde(1µs)
moyenne
0,1 µs
varistances
moyenne
5 à 50 kA
diodes
faible
100 à 1000
A
10 à
1500 V
5 à 300
V
rapide
nanoseconde
(10-9s)
très rapide
picoseconde
(10-12s)
emploi
protection antennes
associés avec des varistances
pour protections primaires lignes
électriques,
protections téléphoniques
protection de matériel
électromécanique
protection de matériel
électronique
D.4. Protection série
Les protections séries sont normalement intégrées aux protections parafoudre.
Il est cependant souvent plus efficace et moins onéreux de dimensionner une protection d’un
ensemble en disposant la protection primaire à l’entrée du bâtiment et les protections secondaires au plus
près des équipements.
Le réseau filaire d’interconnexion peut jouer dans une certaine mesure le rôle de protection série.
Les simulations montrent que la self des conducteurs, estimée à 1 micro-henry au mètre, n’est dans la
plupart des cas pas suffisante. La protection secondaire sera détruite avant l’amorçage de la protection
primaire. C’est pourquoi, il est nécessaire de bien dimensionner la self à prévoir.
Une méthode de calcul des paramètres est indiquée en annexe 3.
35
Cette méthode est également à appliquer lorsque l’on désire placer plusieurs protections en cascade.
E. MESURES DE PRECAUTION
E.1. Vérification des installations de protection
Les vérifications doivent être faites chaque année et doivent porter notamment sur les prises de
terre (voir annexe 2), la continuité électrique des circuits de masses, l'état des protections.
L'annexe 5 présente un modèle de questionnaire de visite dont on peut se servir comme guide.
E.2. Prescriptions diverses
Les conducteurs de terre sont par nature exempts de danger. Toutefois, lors des vérifications, on
peut se trouver en présence de conducteur non raccordé et porté à un potentiel élevé (courant de défaut ou
induit), c'est pourquoi il est conseillé de prendre les mêmes précautions que pour les autres conducteurs
(chaussures et gants isolants).
Il est également conseillé d’éviter toute intervention en hauteur par temps orageux.
36
6. BIBLIOGRAPHIE
Prénorme européenne
ENV 61024-1 Protection des structures contre la foudre, principes généraux
EN 61643(1) parafoudres connectés au réseau basse tension, prescriptions et essais (2001)
EN 50164(1) composants de protetion contre la foudre, -2 conducteurs et électrodes de terre.
Normes françaises
(1)
NF C 12 101 Protection des travailleurs dans les établissements.
(2) NF C 15 100 (mai 1991)Installations électriques à basse tension et additif A1 (décembre 1994), en
particulier le paragraphe 534 relatif aux dispositifs de protection contre les surtensions.
(3) NF C 17 100 (décembre 1997)Installations de paratonnerres, règles.
(4) NF C 17 102 (juillet 1995) protection des structures et des zones couvertes contre la foudre par
paratonnerre à dispositif d’amorçage.
(5) NF C 52 210 et 220 raccordement par disjoncteur.
(6) NF C 61 740 (juillet 1995) Parafoudres pour installation basse tension.
(7) NF C 90 121 (octobre 1984) antennes pour la radiodiffusion dans la gamme de fréquences comprises
entre 30 MHz et 1 GHz.
(8) NF EN 50 164 (2000) composants de protection contre la foudre.
(9) norme CNET RLM 88 (juin 1981).
(10) UTE C15 443 (juillet 1996) et annexe de avril 2001 guide pratique sur la protection des installations
électriques basse tension contre les surtensions d'origine atmosphérique, choix et installation des
parafoudres.
Publications internationales
Publication CEI 61024-1 (1990) Protection des structures contre la foudre
CEI 61643 parafoudres connectés au réseau basse tension, -1 (1998) principes et essais, -12 (2001)
principes de choix et utilisation, -21 (2000) principes de protection contre les surtensions connectés aux
réseaux de télécommunication et de données.
CEI 61312-1 (1995) protection contre les impulsions électromagnétiques de la foudre, - 2 (2000)
blindage des structures, équipotentialité à l‘intérieur des structures et mise à la terre, -3 (2000)
prescriptions relatives aux parafoudres, -4 (1998) protection des équipements.dans les structures
existantes,
CEI 61647-1 (2001) composants pour dispositifs de protection contre les surtensions
Publication 664 et 664 A de la CEI sur la coordination des isolement et les valeurs des surtensions.
Normes étrangères
publication CEI 1024-1 sur les caractéristiques des décharges de foudre.
publication 664 et 664 A de la CEI sur la coordination des isolement et les valeurs des surtensions.
Normes étrangères
Lightning Protection code NFPA 78-1983 (USA).
British Standard BS 6651 1985.
Blitzschutz.
Articles de référence
(11) "Electromagnétisme" par M Feynman, cours de physique, Inter-éditions.
(12) K. Berger, Anderson, H. Kroninger paramètres des coups de foudre. Elektra, N° 41 1975 .
37
(13) " La foudre " par J. Hamelin et C. Le Teinturier, L'écho des recherches avril 82 et juillet 82.
(14) " La Foudre" par C. Gary, La Recherche N° 211 juin 89.
(15) étude SEFTIM sur la susceptibilité des antennes radar.
(16) "Micro décharges entre hydrométéores comme processus d'initialisation de l'éclair" par S.Chauzy et
K. Kably nov. 88.
(17) "Modélisation de l'amorçage des grands intervalles d'air" par B. et D. Hutzler bulletin de recherche
EDF N°4 1982.
(18) "Règles d'isolation des lignes aériennes à haute et très haute tension" Direction des études et
recherches EDF juin 1976.
(19) "L'amorçage en polarité positive des grands intervalles d'air aux Renardières, résultats de 1975"
Electra 1977.
(20) "L'amorçage en polarité négative des grands intervalles d'air aux Renardières, résultats de 1978"
Electra N° 74 janvier 1981.
(21) "Analyse spectrale VHF, UHF du rayonnement des éclairs" par Le Boulch, Hamelin CENT.
(22) "The submicrosecond structure of the electromagnetic fields radiated by lightning" par C.D.
Weidman and E.P.Krider I.A.P univ. Arizona.
(23) "Les effets de la foudre sur les équipements électriques et nucléaires" par C. Gary R.G.N. N°1
janvier, février 1986.
(24) "Météorage, le réseau national de surveillance des orages" par F. Helloco, M.Le Boulch, J.L.Tourte
R.G.E.1989.
(25) "Simulation de l'impact au sol en laboratoire" par C. Gary, D. Hutzler, dir. études et recherches
EDF, Les Renardières, nov.1988.
(26) "Onde de foudre se propageant le long d'une ligne mise à la terre", par D.Chevallier, J.Belin,
J.Vigneron, J. Prunieras R.G.E. mars avril 1972.
(27) "protection des lignes et postes électriques contre la foudre, rôle et caractéristique des prises de terre"
par P. Kouteynikoff. direction des études et recherches EDF nov. 1988 (§ 5).
(28) revue technique du STPB N°78 septembre 1978 "protection des installations du Service des Phares
et Balises et de la Navigation contre les surtensions".
(29) "compte rendu d’essais HM/83/A-602 protection de radars de surveillance maritime contre la foudre"
étude de la Direction des études et recherches de EDF pour le compte du STPB.(13 mars 1987)
(30) "L’impulsion électromagnétique nucléaire, le phénomène " Guy Champiot, RGE N° 10/1991
7 . ANNEXES ET PLANCHES
Les annexes ci-jointes concernent :
ANNEXE 1 : Réalisation des prises de terre et de mer.
ANNEXE 2 : Mesure des prises de terre.
ANNEXE 3 : Réalisation de protections parafoudre.
ANNEXE 4 : Terminologie.
ANNEXE 5 : Questionnaire, compte rendu de visite.
PLANCHE 1 - Exemple schématique de la protection d'un phare.
PLANCHE 2 - Exemple de protection d'une station radio.
PLANCHE 3 - Exemple de protection d'une station radar.
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ANNEXES
39
ANNEXE 1 :
Réalisation des prises de terre et de mer
ANNEXE 2 :
Mesure des prises de terre
ANNEXE 3 :
Réalisation de protections parafoudres
ANNEXE 4 :
Terminologie
ANNEXE 5 :
Questionnaire, compte-rendu de visite
PLANCHE 1 :
Exemple schématique de la protection d’un phare
PLANCHE 2 :
Exemple de protection d’une station radio
PLANCHE 3 :
Exemple de protection d’une station radar
40
ANNEXE 1
41
ANNEXE 1
REALISATION DES PRISES DE TERRE ET DE MER
OBJECTIFS
Les prises de terre et de mer ont pour objectifs :
-
d’écouler les courants de défaut,
d’écouler les courants de décharges atmosphériques,
de servir de référence de potentiel.
La valeur de la résistance de la prise de terre est la caractéristique principale pour écouler les courants de
défaut. Par contre, pour l’écoulement des décharges de foudre, il faut considérer la valeur de son impédance.
1 – PRISE DE TERRE
Les facteurs caractéristiques d’une prise de terre sont :
-
la nature, la forme et le nombre de conducteurs de terre,
la conductivité du sol (ou sa résistivité),
le contact entre le sol et le conducteur.
L'étendue et la surface des conducteurs de terre doit être d'autant plus grande que le terrain est moins bon
conducteur. On doit faire en sorte que la terre avoisinant les conducteurs de terre soit bonne conductrice.
Terrains bons conducteurs : terre végétale, terrain argileux, terres arables, remblais composés
d'éléments bons conducteurs.
Terrains mauvais conducteurs : sable siliceux, graviers, cailloutis, roc calcaire, roc granitique sans
faille, terrains secs.
En terrain bon conducteur, on pourra se contenter de prises de terre de peu d'étendue, alors qu'en terrain
mauvais conducteur, les prises de terre devront être nombreuses et concerner un large espace de terrain.
La conductivité du sol est de nature électrolytique et varie en fonction de l'humidité et de la température
dans un rapport de l à 1000. On pourra améliorer une prise de terre par apport de produits adaptés (Sectasol ou
produits similaires).
La prise de terre ayant la meilleure efficacité est de forme semi-hémisphérique, la forme lui approchant le
plus est le triangle dit "patte d'oie".
Réalisation
Pour tout nouvel établissement, il convient de prévoir une ceinture de terre enterrée, à la base et à
l'extérieur des fondations.
A cette ceinture seront raccordés :
- la prise de terre allant vers les équipements internes à l'établissement,
- la ou les descentes de paratonnerres,
- les conducteurs de terre venant des autres installations et bâtiments,
- les conducteurs "écrans" éventuels des câbles enterrés,
- les conducteurs de prise de terre et de mer.
42
Les conducteurs de prise de terre seront disposés en forme de "patte d'oie" (conf. fig. l) de 7 à 8 m de
longueur, et enterrés à au moins 60 cm de profondeur et éventuellement (terrains mauvais conducteurs)
complétés à leur extrémité par des piquets de un à deux mètres de hauteur.
2.a
: conducteurs en pattes d'oie
2.b
: piquets verticaux pour paratonnerres à cage maillée
2.c et 2.d : piquets verticaux pour paratonnerres à tige
D
T
B
P
: conducteurs de descente de terre
: conducteurs de terre des installations électriques du bâtiment
: boucle en fond de fouille du bâtiment
: prise de terre des installations de paratonnerre
Tous les raccordements enterrés se feront obligatoirement par brasure ou électrothermie (on ne doit pas
admettre de raccordements enterrés).
Les conducteurs de terre seront réalisés en plat de cuivre étamé de section 30 x 2 mm2. Les conducteurs
de 25 mm2 permis par la norme C 15 100 ne pourront être utilisés que pour les raccordements des masses
métalliques, fers à béton, etc. à la prise de terre.
Les conducteurs de terre seront de préférence courts et nombreux. On évitera l'utilisation de conducteurs
de plus de 10 m. de longueur en raison de leur valeur selfique qui devient alors prépondérante.
2-PRISE DE MER
Une prise de mer est constituée par un conducteur s'enfonçant sous l'eau.
Pour les établissements importants (phares), ce conducteur, soigneusement cramponné devra comporter
une longueur d'au moins 10 mètres au-dessous du niveau des plus basses mers et se terminer par une plaque de
l m2 environ, bien cramponnée, soit par un paquet de vieilles chaînes dans lequel sera entortillée une longueur
d'au moins 5 mètres du conducteur, soit par un piquet profondément enfoncé dans le sable (2 à 3 m) quand c'est
possible.
Dans le cas des établissements peu importants (tourelles), on pourra se contenter d'une plaque de 0,25 m2
fixée à l mètre au moins au-dessus du niveau des plus basses mers.
43
Plaques, conducteurs et leurs raccordements devront être de composition chimique semblable afin
d'éviter toute corrosion rapide.
Tableau : valeurs expérimentales de résistance de terre compte tenu de la nature du sol et du béton utilisé (réf. l)
3-. AGENCEMENT GENERAL
Dans un ensemble comprenant plusieurs bâtiments ou matériels susceptibles de recevoir des décharges
atmosphériques, il est essentiel de maintenir un réseau équipotentiel de terre, et d'éviter des écoulements entre
prises de terre par l'intermédiaire des câbles d'alimentation électrique, câbles de transport de signaux.
Au schéma habituel représenté à la figure 2, on substituera un schéma procédant d'une conception maillée
représentée à la figure 3. Le maillage sera plus ou moins serré suivant le degré d'exposition du site et la valeur
de résistivité du terrain.
Cette disposition confère au réseau un meilleur comportement en haute fréquence, elle lui assure la
pérennité par des contacts de bonne qualité et redondants, mais réduit les possibilités de contrôles.
Les joints de coupure, souvent à l'origine de mauvais contacts, seront à prévoir seulement au niveau des
raccordements intérieurs.
Certaines installations radioélectriques en ondes hectométriques et kilométriques nécessitent, pour leur
fonctionnement, un "plan de sol" ou "contrepoids" de forme appropriée. Ce plan de sol ne devra pas être
considéré comme une prise de terre, même s'il est de résistance très faible ; par contre il devra être raccordé à la
prise de terre générale soit directement, soit par l'intermédiaire d'un éclateur.
44
Références :
(1) GAM T 22 guide pratique pour la réalisation des terres et masses, ministère de la défense, commission technique
interarmées de normalisation électronique, juin 1989.
(2) "pour avoir un bon réseau de terre, des règles simples" par Guy Champiot et Patrick Guillery, de la direction des
études et recherches de EDF, revue générale de l'électricité, N° 10 novembre 1986.
45
46
ANNEXE 2
47
ANNEXE 2
MESURE DES PRISES DE TERRE
Un établissement important est généralement muni de plusieurs prises de terre, et éventuellement d'une
prise de mer, interconnectées.
Avant toute mesure, il est nécessaire de débrancher les conducteurs extérieurs à la prise de terre à
mesurer afin d'éviter de prendre en compte des "terres lointaines" de faible valeur.
1 - NOTION DE RESISTANCE DE TERRE
La résistance d'une prise de terre se caractérise par les multiples contacts entre le conducteur enterré et le
sol. Plus on s'éloigne du conducteur, plus les contacts entre les constituants du sol sont nombreux. A une
certaine distance, appelée zone d'influence, le nombre de contacts de résistances en parallèle tend vers l'infini et
constitue une résistance équivalente quasi nulle.
Quelles que soient la forme et l'étendue des électrodes d'une prise de terre, le gradient de potentiel dans
son voisinage est proportionnel à la densité de courant s'écoulant dans le terrain.
48
2 - MESURE DES PRISES DE TERRE
Les mesures des résistances des prises de terre doivent se faire à l'aide d'un matériel spécialisé appelé
"telluromètre". Toutefois, pour des contrôles ne permettant pas la mise en service de ce matériel, on donne ciaprès d'autres méthodes moins sûres.
2.1.- Appareil de contrôle spécialisé
Le telluromètre engendre un courant alternatif à une fréquence s'écartant des valeurs parasites (50,60 Hz
et leurs harmoniques). La mesure du potentiel se fait par un redressement synchrone des signaux après
élimination de la composante continue.
Dans la pratique, l'électrode de courant Z sera placée à environ 20 m de la prise de terre à mesurer et
l'électrode de prise de potentiel Y sera placée dans l'alignement XZ, entre l'électrode d'injection de courant Z et
la prise à mesurer X et à une distance de 60 %.
Il est préférable de renouveler la mesure pour plusieurs points de part et d'autre de la position initiale. La
valeur lue ne doit varier que de l'ordre de 10%. Dans le cas contraire, l'électrode de potentiel est encore dans la
zone d'influence de la prise de terre ou de la prise d'injection, et il faut augmenter l'espacement des prises et
renouveler la mesure.
49
2.2.- Méthode des trois points
A l’aide d’un telluromètre ou d’un ohmètre précis, on choisit 2 terres auxiliaires A et B placées à une
vingtaine de mètres à l’extérieur de l’emprise de la prise de terre et formant sensiblement avec le centre de celleci un triangle équilatéral.
On mesure à l'ohmmètre les résistances R(AX), R(XB), R(AB).
La résistance de la prise de terre est donnée par la formule :
Rx = 1/2 (R (AX) + R (BX) - R (AB))
Cette méthode nécessite de prévoir des prises de potentiel en A et B de bonne qualité (piquets bien
enfoncés dans une terre bonne conductrice).
Cette méthode peut être utilisée pour vérifier le comportement d'un réseau de terre très étendu, et
détecter un éventuel défaut (les points A et B ne sont pas forcément à l'extérieur de l'emprise de la prise de
terre).
2.3.- Autre méthode
Une mesure très simple, dite mesure de la lampe consiste à raccorder une ampoule de 60 W entre une
phase et un conducteur de terre. Si la lampe s'allume et le différentiel se déclenche, la résistance de terre est en
principe bonne. Sa résistance peut être approchée en remplaçant l'ampoule par une résistance de puissance de
valeur connue "Rc" avec précision et en mesurant le courant de défaut "Id". La résistance de terre est alors
obtenue par l'expression :
Rt = V/Id – Rc
Pour l'ampoule de 60 W, on trouve un courant de défaut de ld = P/U, ld = 60/230 soit 0,260 mA, Rc+Rt =
V/ld = 882 ohms. Si Rt est élevé, par exemple 100 ohms, alors le courant dans l'ampoule est de 234 mA,
l'ampoule s'allumera faiblement et le différentiel ne se déclenchera pas.
Cette méthode n’est pas rigoureuse.
2.4.- Mesure de l'impédance de la prise de terre
Pour la protection contre la foudre, il est en principe utile de connaître la réactance de la prise de terre.
Les mesures sont malheureusement difficiles à réaliser.
50
3-. MESURE DE LA PRISE DE MER
La mesure d'une résistance d'une prise de mer n'a pas non plus de signification, elle peut seulement
révéler une interruption ou une usure. Une inspection visuelle notamment de la partie immergée reste utile.
Bibliographie
"guide sur le calcul, l'exécution et la mesure des prises de terre" par P.G. Laurent RGE ¹ 7 Juillet/août 1972.
"guide pratique pour la réalisation des terres et masses", (GAM T 22 Ministère de la Défense) juin 1989.
51
52
ANNEXE 3
53
ANNEXE 3
REALISATION DE PROTECTIONS PARAFOUDRES
OBJECTIFS
Les parafoudres ou protections contre les surtensions ont été définies à l'article 5.C.7 comme se
composant de trois parties, une protection primaire placée en tête de l'installation, une protection série et une
protection secondaire placée au plus près du matériel à protéger.
Les caractéristiques de ces protections sont fonction du degré de sensibilité de l'équipement, de son mode
d'installation et du niveau de l'onde de choc.
Nous allons décrire à titre d'exemple deux calculs de ces caractéristiques tirés d'expériences concrètes,
l'un destiné à une protection d'une antenne, l'autre destiné à une protection contre les surtensions secteur.
1 - PROTECTION D'ANTENNE
On considère une antenne se composant d'une boucle de grandes dimensions, siège d'une surtension due à
une décharge de foudre dont l'impact est supposé distant de 30 m.
Niveau de la surtension incidente :
La décharge a la forme d'une double exponentielle : I = Io( e −αt − e − βt )
avec α = 0,069 106, β = 0,27 106 pour une amplitude maximale de 40 kA.
Elle va provoquer un champ magnétique H dont l'expression est donnée par la loi d'Ampère :
I = 2πrH, que pour des raisons de commodité, on formule sous la forme différentielle suivante :
dI = 2πr dH.
Ce champ provoque une induction B = µ H dont le flux ϕ = B S traverse la surface S de la boucle et crée
dϕ
dH
µS dI
une f.é.m : e = −
e = − µS
soit e = −
dt
dt
2πr dt
Antenne
Elle est de grandes dimensions (cadre de 75 m par 35 m) , de valeur selfique de L1 = 150 µH.
Protection primaire
Elle est constituée d'un éclateur à boules dont la tension d'amorçage est réglée à 4 000 V pour un
écartement d'environ 4 mm, mais dont le temps de réaction peut être estimé à 1µs à 50%.
Soit "V1" la tension aux bornes de cet éclateur.
Protection secondaire
Elle est composée d'un éclateur coaxial de tension d'amorçage dynamique de 2500 V préionisé et de délai
d'amorçage de 0,1 µs à 30 %.
Soit "V2" la tension aux bornes de cet éclateur.
54
Protection série
Le circuit d'accord se compose de deux selfs de valeur totale de L1 + L2 = 233 µH montées en série et de
capacité C1 + C2 = 1,3 nF disposées en parallèle.
Un câble coaxial à faibles pertes de 85 % de célérité de 15 mètres relie la cellule d'accord aux émetteurs.
Il induit une protection supplémentaire et un délai de propagation de l'ordre de 59 ns.
Schéma de principe
Calcul
Considérant l'antenne comme un générateur de Thévenin dont la source se caractérise par une force
électromotrice "e" et une impédance L1ω, la surtension aux bornes de la protection primaire a pour expression :
di
.V 1 = e − L1
dt
Soit V2 la tension se développant aux bornes de la protection secondaire, et en appelant Z l'impédance de
l'émetteur.
di
.V 2 = V 1 − ( L 2 + L 3) = Zi
dt
En négligeant le courant dans les capacités d’accord en raison de leur forte impédance, la relation
s'exprime alors plus simplement :
di
e = L − Zi avec L = L1 + L 2 + L 3
dt
Il est maintenant possible de visualiser l'évolution des tensions e, V1 et V2 aux bornes des protections en
fonction du temps; et des courants IC et I2 dans les deux circuits d'antenne.
On constate que la f.é.m "e" et la tension V1 aux bornes de la protection primaire s'établissent
extrêmement rapidement avec des amplitudes très élevées, supérieures à la tension d'amorçage de l'éclateur.
L'amorçage de la protection primaire n'est pas représenté.
La tension V2 croît moins rapidement grâce à l’effet des selfs d’accord. L'amorçage de la protection
secondaire n’est pas représenté.
La cellule d'accord devra être conçue pour supporter ces très hautes tensions.
55
700 000
700 000
600 000
600 000
500 000
tensions en V
400 000
500 000
V1
400 000 f.é.m
200 000
100 000
V2
100 000
0
300 000
200 000
f .é .m
300 000
0
1
2
3
4
5
6
V1
V2
0
-100 000 0
10
20
30
40
50
60
temps en microseconde
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
courants en A
40 000
Ic
30 000
20 000
IC
I2
0
1
2
10 000
0
-10 000
0
10
20
30
40
50
60
Le courant Ic croît très rapidement. En pratique, il est limité par la résistance interne des conducteurs. Le
courant I2 dans l'émetteur est amorti par l'effet des selfs d'accord et du câble coaxial.
Remarque
Les caractéristiques de la protection série sont imposées par l'accord antenne. Seule la longueur du câble
coaxial peut être ajustée.
2 - PROTECTION SURTENSION SECTEUR
Niveau de la surtension incidente
Comme indiqué en 5.C.7.2, on la caractérise par une onde de choc de courant de type 8 x 20 de 10 kA
d'amplitude.
56
Protection primaire
Elle se présente sous la forme d'un éclateur en série avec une varistance, que l'on caractérise par :
- une tension d'amorçage de l'éclateur de 2800 V avec un délai de 1µs et une incertitude de 60%,
- un coefficient a = 5 pour la varistance dans sa réponse I = kVa
protection secondaire
La protection secondaire se présente sous la forme
- cas 1 : d'une varistance 220 V dont le courant limite pour une onde 8/20 est de 2500 A pour une
tension de 600 V,
- cas 2 : d'une diode « transil », dont la tension de coude est de 300 V, de coefficient b = 25 dans sa
réponse I = k Vb et de courant limite de 100 A pour une onde de choc 8/20 (capacité de 32 kW).
Protection série
La protection série est une self devant limiter le courant dans la protection secondaire aux valeurs
spécifiées pour la protection secondaire.
Calcul
L'onde de choc a pour expression : I = Io( e −αt − e − βt )
avec α = 0,069 106, β = 0,27 106 , Io fonction de Ic
⎛I − J⎞
⎟
L'expression de la tension aux bornes de la protection primaire est alors : .V1 = V1n ⎜
⎝ Ic ⎠
b
⎛ J ⎞
La réponse de la protection secondaire est : .V2 = V2 n ⎜ ⎟
⎝ Jn ⎠
dJ
La résolution se fait par un calcul différentiel en écrivant que : L
= V1 − V2 en négligeant le courant
dt
dans Zc.
a
57
30 00
V1
25 00
ondes de tensions en V
20 00
15 00
10 00
5 00
V2
32
31
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
8
10
7
6
5
4
3
2
1
0
0
te m p s e n m icro s eco n d es
500
12000
300
200
10000
I
100
8000
J
30
25
20
15
10
5
0
0
6000
4000
2000
30
25
10
5
0
20
J
0
15
ondes de courant en A
400 I
Les courbes ci-dessus montrent l'évolution des tensions aux bornes des protections primaires et
secondaires dans le cas 2 et les courants les traversant. Un flash de la tension V2 montre que la caractéristique
limite (32 kW) de la protection secondaire est dépassée pour une protection série de valeur de self de 0,5 mH.
Pour le cas 1, l'évaluation montre qu'en raison de la forte capacité de la varistance, une self de 20 microhenrys répond au besoin.
Remarque
Le guide UTE C 15 443 conseille de prévoir 12 m de longueur de câble dans les zones exposées, ce qui
correspond environ à une self de 12 micro-henrys. Il est prudent de prévoir des valeurs supérieures comme le
montrent les exemples ci-dessus.
58
Bibliographie
(1) d'après note de calcul M. Jeanolle pour antenne NAVTEX
(2) d'après revue technique du Service des Phares et Balises N°79 "Protection des installations du Service des
Phares et Balises et de la Navigation " par A. Corfdir et B. Manoury.
(3) guide UTE 15 443 juillet 1996
59
60
ANNEXE 4
61
ANNEXE 4
TERMINOLOGIE
Certains mots du vocabulaire ne sont pas d’usage courant ou non décrits dans un dictionnaire courant. La
terminologie suivante est destinée à faciliter la lecture du livret. Les références des articles où l'on trouve ces
mots suivent chaque définition.
CONDUCTEUR EQUIPOTENTIEL, D'EQUIPOTENTIALITE OU DE RACCORDEMENT : conducteur de
forte section reliant les masses des appareils ou de structure. (5.B.3, 5.C.1, 5.C.2, 5.C.3.2)
COURONNE, EFFET COURONNE ou EFFET CORONA : effet lumineux à peine visible provoqué par
l’ionisation de particules atmosphériques (2.C.2, 2.C.3.1, 2.C.3.2, 2.C.4, 2.C.5, 4.B.1, 4.B.2, 4.B.3, 4.B.4)
DECHARGE ELECTRIQUE, DECHARGE DISRUPTIVE : écoulement généralement brutal de charges
électriques, généralement accompagné d’étincelles. (2.C.1)
ECLAIR : phénomène visible d’un ensemble de décharges atmosphériques successives (2.C.5)
ECLATEUR : composant disposé de manière à fixer la décharge électrique (5.D.1, 5.D.4)
ELECTRICITE ATMOSPHERIQUE : se rapporte à la circulation d’ions et d'électrons dans l’atmosphère, et
plus spécialement aux particules de l’atmosphère ionisées positives ou négatives. Ces charges sont relativement
importantes même par temps calme (champ électrique usuel de 100 V par mètre et pouvant atteindre 15 000 V
par temps d’orage). (1.A, 5)
ELECTRICITE STATIQUE : quantité de charge accumulée dans un conducteur ou un isolant et portant un
corps à un potentiel capable d’entraîner des décharges si un corps à potentiel différent est rapproché. (3.B.4,5.A)
ELECTRISATION : frottement entre deux éléments ou accumulation de chocs sur un seul élément qui entraîne
l’accumulation de charges statiques. (2.B.1)
ELECTROGEOMETRIQUE : modèle de protection s'appuyant sur une figure géométrique (4.B.1, 5.B.4)
EQUIPOTENTIEL : qui présente le même potentiel, se dit notamment pour des conducteurs de protection
2.C.2.1, 5.C.2)
(
FEU DE SAINT ELME : autre appellation de l’effet couronne
FOUDRE, COURANT DE FOUDRE, DECHARGE DE FOUDRE : courant résultant d’une décharge
atmosphérique disruptive et circulant en particulier dans les conducteurs destinés à écouler ce courant tels que
descentes de paratonnerre.
(3.D, 4.B.1, 5.A)
MASSE, MASSE ELECTRIQUE : parties métalliques des appareils ou structures de bâtiment, pouvant être
portées à un potentiel élevé lors de décharge atmosphérique ou courant de défaut. (5.B.1, 5.B.2, 5.B.3, 5.B.5,
5.B.6, 5.C.1, 5.C.3.2, 5.C.5.2,5.C.6, 5.E.1)
ONDE DE CHOC : forme d’une onde brève sonore, de courant ou de tension (2.C.5, 5.C.7.2)
62
PARAFOUDRE, PARASURTENSEUR : composant de protection contre les surtensions intégrant souvent
plusieurs composants (éclateurs, varistances) (5.B.6, 5.B.8, 5.C.5.1, 5.C.6.2, 5.C.7, 5.D.4, 5.D.5)
PRISE DE MER : ensemble des conducteurs immergés de manière à collecter les charges à écouler lors de
décharges atmosphériques. (5.B.2, 5.B.3, 5.C.4)
PRISE DE TERRE : ensemble de conducteurs disposés dans le sol pour collecter les charges à écouler lors d'une
décharge (4.C.1, 5.B.6,5.C.3.2, 5.C.7.1)
RESISTANCE DE PRISE DE TERRE ET DE MER : quotient de l'élévation en potentiel par l'intensité de la
décharge écoulée par cette prise de terre. (4.C.1,5.B.3, 5.B.8, 5.C.4, 5.C.6.1)
THERMALISATION : transformation d'un milieu en plasma par la température (3.C)
TONNERRE : phénomène sonore d’un ensemble de décharges atmosphériques successives (2.C.5)
TRIBOELECTRICITE, TENSION TRIBOELECTRIQUE : caractéristique d’un corps diélectrique , de retenir
des charges électriques (2.B.1)
VARISTANCE : composant de protection contre les surtensions et présentant une résistance variable suivant la
tension qui lui est appliquée (5.D.3, 5.D.4)
63
64
ANNEXE 5
65
ANNEXE 5
QUESTIONNAIRE – COMPTE RENDU DE VISITE
Visite de l’établissement de :
Protection contre la foudre et l’électricité atmosphérique :
N° de l’Etat de la signalisation :
Date :
1 – TYPE DE L’ETABLISSEMENT :
Phare – Balise – Parc – autre
Nombre de bâtiments :
Plan sommaire avec schéma du réseau de terre :
Echelle :
66
2 – PRISES DE TERRE ET DE MER
Prises de terre
- nature des conducteurs enterrés
- nombre et caractéristiques des piquets
Mesures effectuées
(indiquer les emplacements sur le schéma)
CONSTATATIONS FAITES
Nombre :
Nature : 1 :
2:
3:
4:
Etat :
1:
2:
3:
4:
Prises de mer
- nature et quantité des conducteurs
- nature et quantité du conducteur de liaison continuité
Interconnexion entre prises de terre et de mer
oui – non
Joints de coupure éventuels
Etat :
Etat des interconnexions :
3 – PHARE OU TOUR (faire un schéma ci-contre)
3.1. Paratonnerre (tiges ou pointes)
Liaison avec les descentes de terre
Qualité : bon – mauvais
3.2. Descentes de terre
- extérieures
- interconnexion (tous les 15 m.)
- intérieures
nombre :
type :
nombre :
oui-non
oui-non
3.3 Lanterne
3.3.1. Extérieur
Ceinture extérieure :
Liaison à la descente de terre des éléments extérieurs
et de la rambarde métallique éventuelle.
oui-non
3.3.2. Intérieur
Ceinture extérieure :
oui-non
Liaison intérieur-extérieur :
oui-non
Liaison des masses entre elles et à la ceinture intérieure
Coffrets et armure des câbles, sont-ils reliés à la masse ?oui-non
Y a-t-il des câbles non blindés ?
oui-non
Protection ?
Y a-t-il des équipements, sont-ils protégés par des
parafoudres sur les alimentations ?
oui-non
67
Type-circuits protégés-emplacements-qualité du
raccordement à la terre
Equipements non protégés à protéger
3.4. Antennes
Hauteur des antennes par rapport au paratonnerre
Liaison entre masse des antennes et ceinture extérieure
3.5. Etages techniques (faire un schéma ci-contre)
Ceinture ou conducteur général de masse
Liaison à la descente extérieure
Liaison à la descente intérieure
Coffrets et armure des câbles sont-ils reliés à la masse ?
Y a-t-il des câbles non blindés ?
Protection ?
Y a-t-il des équipements, sont-ils protégés par
parafoudres sur les alimentations ? type, etc.
3.6. Tour proprement dite
L’escalier et sa rampe (métalliques) sont-ils reliés à la
masse ou aux descentes ?
oui-non
En combien de points ?
Y a-t-il continuité électrique ?
oui-non
Les canalisations électriques, gaines et câbles
sont-ils bien protégés ?
oui-non
Comment ?
Comment est assurée la protection du circuit d’éclairage ?
Y a-t-il des connexions intermédiaires entre descentes
extérieures et intérieures ?
oui-non
3.7. Base de la tour (faire un schéma ci-contre)
Y a-t-il une ceinture extérieure ?
L’interconnexion entre descentes et ceintures est-elle
bien assurée ?
68
L’interconnexion entre ceinture et réseau de terre
est-elle bien assurée ?
3.8.
Les canalisations d’eau, de chauffage central, etc.
sont-elles reliées aux descentes de terre ?
oui - non
4 – ARRIVEE DES CABLES COURANTS FAIBLES
Y a-t-il le téléphone ?
Y a-t-il un câble écran ?
Mise à la terre ?
Protection ?
oui - non
oui - non
oui - non
5 – ARRIVEE DES CABLES COURANTS FORTS
Y a-t-il un câble écran ?
Mise à la terre ?
Y a-t-il un coffret de protection primaire ?
Etat des éclateurs parafoudres ?
oui - non
oui - non
oui - non
6 – REMARQUES COMPLEMENTAIRES
7 - CONCLUSION
La protection contre les dangers et la foudre est :
très bonne – satisfaisante – acceptable - insuffisante
69
TRAVAUX A EFFECTUER
1 – Urgents :
2 – A terme :
NOTA : Joindre au compte-rendu les feuilles des appendices I, II, III et IV en fonction de la nature de l’Etablissement.
70
APPENDICE I
ALIMENTATION EN ENERGIE ET INSTALLATION ELECTRIQUE GENERALE
1. Type et description sommaire
2. En cas d’alimentation en M.T., comment l’EDF
a-t-elle assuré sa protection ?
3. Installation générale BT – TBT
Le neutre ou l’équivalent est-il relié à la terre ?
oui-non
Est-il bien relié aux conducteurs de terre en divers points
(départs-tableaux, etc.)
oui-non
Neutre et conducteurs de terre sont-ils bien distincts ?
oui-non
En cas de neutre isolé, y a-t-il des détecteurs de défaut,
de quel type ?
A quelle tension est le conducteur de neutre ?
V neutre =
Y a-t-il des dispositifs parasurtension ou parafoudre sur
les alimentations, où et de quel type ?
4. Canalisations
Câbles blindés ou armés – blindage ou armure à la terre
oui-non
Câbles non blindés, comment est assurée la protection ?
S’il y a chemin de câbles, ce chemin est-il métallique ?
Est-il bien relié à la terre ?
Y a-t-il un conducteur de terre parallèle ?
oui-non
oui-non
oui-non
5. Groupes électrogènes et machines
Les masses des appareils sont-elles bien reliées à la terre ?
Les neutres ou équivalents sont-ils bien reliés à un
conducteur de terre ?
oui-non
oui-non
Y a-t-il continuité électrique entre les masses et les
blindages ou armures des câbles ?
oui-non
71
APPENDICE II
BATIMENT AUXILIAIRE OU ANNEXE
(1 feuillet par bâtiment)
1. Paratonnerre ou conducteurs de faîte
Type et description sommaire (schéma)
2. Descente de terre extérieure
Qualité :
Quantité :
(à préciser sur le schéma)
3. Les gouttières et descentes de gouttière métalliques
sont-elles bien reliées à la terre ?
4. Y a-t-il une prise de terre particulière ?
(emplacement sur le schéma)
oui-non
oui-non
Type :
Mesure effectuée :
valeur :
Est-elle interconnectée aux autres prises de terre
de l’établissement ?
oui-non
Comment ?
Y a-t-il des joints de coupure ?
5. Y a-t-il à l’intérieur une ceinture ou conducteur de masse ?
oui-non
oui-non
La liaison à la prise de terre est-elle bonne ?
oui-non
Les masses des appareils sont-elles bien reliées à
la terre ?
oui-non
6. Remarques faites sur les installations et canalisations
électriques.
72
APPENDICE III
AEROGENERATEURS
1. Type et description sommaire
2. L’aérogénérateur est-il protégé par un paratonnerre voisin ?
oui-non
La partie fixe est-elle bien reliée à la terre ?
Le support est-il bien relié à la terre ?
oui-non
oui-non
En cas d’aérogénérateur isolé, y a-t-il une prise de terre
particulière ?
oui-non
Mesure effectuée :
valeur :
Cette prise de terre est-elle connectée aux autres prises de
terre de l’établissement ?
oui-non
Y a-t-il un joint de coupure ?
oui-non
3. Le câble de raccordement est-il blindé ou armé ?
Le blindage ou l’armure sont-ils bien à la terre aux deux
extrémités ?
oui-non
Sinon comment la protection du câble est-elle assurée ?
4. Un des fils du câble de raccordement est-il à la terre ?
Y a-t-il des parafoudres sur le circuit d’alimentation ?
oui-non
oui-non
Où et de quel type ?
5. Remarques particulières.
73
APPENDICE IV
STATION RADIOELECTRIQUE
1. Y a-t-il une prise de terre ou un plan de terre particulier
du pylône ?
oui-non
Mesure effectuée :
Y a-t-il connexion au réseau de terre de l’établissement ?
oui-non
2. Y a-t-il des parafoudres éclateurs sur les antennes ?
oui-non
Où et de quel type ?
Sont-ils en bon état ?
Y a-t-il une mise à la terre prévue pour les antennes ?
Les dispositifs d’écoulement des charges statiques
sont-ils en bon état ?
oui-non
oui-non
oui-non
Mesure de continuité :
3. Les appareils et dispositifs électroniques sont-ils bien
en coffrets métalliques ou sous blindages ?
Les masses et blindages sont-ils bien reliés à la terre ?
4. Les câbles divers (alimentation, télécommande, etc.)
sont-ils blindés ?
Les blindages des câbles sont-ils à la terre ?
oui-non
oui-non
oui-non
En cas de câbles non blindés, comment est assurée
la protection ?
5. Remarques faites sur les installations et canalisations
électriques et notamment sur l’existence (ou non) de
parafoudres.
74
75
76
77

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